[发明专利]基于波前旋转的快速倾斜相位误差补偿方法及装置

说明书

本发明适用于光学成像校正技术领域，提供了一种基于波前旋转的快速倾斜相位误差补偿方法及装置，包括：利用共轴数字全息显微系统采集待测物体的全息图，作为原始全息图；将所述原始全息图顺时针或者逆时针旋转180°，得到一幅数字参考全息图，作为旋转全息图；利用数字全息显微中傅里叶变换法对所述原始全息图进行相位恢复处理，得到原始展开相位图利用数字全息显微中傅里叶变换法对所述旋转全息图进行相位恢复处理，得到旋转展开相位图将所述原始展开相位图和所述旋转展开相位图相减，得到对所述原始展开相位图补偿后的相位图；本发明提供的方法实现了快速且准确的共轴数字全息显微成像中的倾斜相位误差补偿。

技术领域

本发明属于光学成像校正技术领域，尤其涉及一种基于波前旋转的快速倾斜相位误差补偿方法及装置。

背景技术

数字全息显微作为一种定量相位测量技术，只需单幅全息图就可以获取待测物体的定量振幅信息和相位信息，具有非接触、无标记、高分辨率、低成本等优点。其中，共轴数字全息显微结构也因为具有较高的时间稳定性和紧凑特性，常应用于对细胞和微光学元件的定量测量。共轴数字全息显微系统的特点是物光光路和参考光光路走过相同的光学路径，因此该结构不仅可以保持系统的稳定性，而且能够消除系统中由于显微物镜的使用引入的二次相位误差。

共轴数字全息显微测量系统通常采用离轴结构，物光和参考光传播方向之间存在一定夹角，该结构可以很好的分离全息图频谱的不同衍射级，解决了同轴结构中孪生像重叠的问题，从而可以实现单幅全息图获取物体准确的相位信息。然而离轴结构会引入倾斜相位因子，造成重建相位有一定角度的倾斜误差，影响定量相位测量的准确性；共轴全息显微系统中的共轴结构不能消除离轴结构引入的倾斜误差，该倾斜误差只能通过数值补偿方法去除，因此为了获得准确物体的相位信息，需要对重建相位进行倾斜相位误差补偿。

为了消除共轴数字全息显微中的离轴倾斜，有人提出频谱中心平移法，在全息图频谱中把虚像的频谱平移到频谱中心，从而消除离轴倾斜，然而频谱中心定位的精度仅限于整像素，需要进一步去除残余倾斜分布。有人提出利用相位模板的数值补偿方法消除离轴倾斜，相位模板可以从系统的预先知识或者采集无样本全息图得到，但是该方法需要预先知道系统的参数，或是需要采集二幅全息图，不适合动态测量。有人提出利用多项式拟合方法消除离轴倾斜，该方法需要额外的数值拟合计算，增大计算量，易受噪声影响。

因此，我们需要寻找一种快速而且准确的倾斜相位误差补偿的方法。

发明内容

本发明提供一种基于波前旋转的快速倾斜相位误差补偿方法及装置，旨在提供一种快速且准确的共轴数字全息显微成像中的倾斜相位误差补偿方法。

本发明提供了一种基于波前旋转的快速倾斜相位误差补偿方法，包括：

利用共轴数字全息显微系统采集待测物体的全息图，作为原始全息图；

将所述原始全息图顺时针或者逆时针旋转180°，得到一幅数字参考全息图，作为旋转全息图；

利用共轴数字全息显微中傅里叶变换法对所述原始全息图进行相位恢复处理，得到原始展开相位图

利用共轴数字全息显微中傅里叶变换法对所述旋转全息图进行相位恢复处理，得到旋转展开相位图

将所述原始展开相位图和所述旋转展开相位图相减，得到对所述原始展开相位图补偿后的相位图。

进一步地，所述利用共轴数字全息显微中傅里叶变换法对所述原始全息图进行相位恢复处理，得到原始展开相位图包括：

对所述原始全息图进行傅立叶变换得到所述原始全息图的频谱，并提取+1级频谱，进行逆傅立叶变换得到包裹相位，通过解包裹算法得到原始展开相位图

进一步地，所述利用共轴数字全息显微中傅里叶变换法对所述旋转全息图进行相位恢复处理，得到旋转展开相位图包括：