[发明专利]一种数字全息成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种数字全息成像系统，由激光器发出的光经过扩束准直单元准直成平行光束，该平行光束分成两束，一束经过反射镜反射后透过第二分束器形成参考光，另一束经过待测样品后被第三分束器反射到空间光调制器进行调制，然后被调制的光束透过第三分束器并被第二分束器反射后形成物光，参考光和物光在图像传感器表面发生干涉生成全息图；图像传感器和空间光调制器分别连接计算机，空间光调制器在全息图的曝光时间内依次加载多个不同的采样矩阵，每个采样矩阵分别用于对每个采样时间段内的物光进行调制。本发明还公开了一种数字全息成像方法。本发明的数字全息成像系统及方法，在不增加实验系统的复杂程度的情况下就能实现动态过程的实时观测。

技术领域

本发明涉及光信息处理和快速成像技术领域，尤其涉及一种数字全息成像系统及方法。

背景技术

光学成像是一种很常见的现象，并且随着科技的发展，光学成像技术已经渗透到我们生活中的方方面面，与我们的生活密不可分。光学成像在生物和医学研究中的应用犹为广泛，研究者可以通过获取的图像来分析生物或者细胞的状态和特征，甚至进行药物作用机理的分析。

根据成像特点的不同，光学成像可以分为很多种类，而数字全息是一种典型的光学成像技术。全息是由英国物理学家Gabor于1947年发明的，它利用光的干涉实现三维物体的记录，利用衍射原理对物体进行再现。全息技术不仅可以重建出物体的振幅，而且可以重建出物体的相位信息，这是其它光学成像技术所不具备的优点。1994年，Schnars U和Juptner U利用光电传感器件记录了全息图并用计算机对其进行了数值重建，实现了全息图记录和再现过程的数字化。数字全息用光电传感器件替代了干板，不需要显影和定影的过程，因而具有结构简单、记录和再现方式灵活、适应性强、实时性好等特点，这使得数字全息更加适合动态过程的观测。

对于动态过程的观测，通常需要拍摄多张全息图，然后对所拍摄的全息图进行重建；这种情况下，帧与帧之间的时间间隔受限于所使用的图像传感器(CCD或者CMOS)。当所记录的过程变化非常快时，需要高速扫描相机，或者非常复杂的实验系统，这在很大程度上限制了数字全息在动态过程观测方面的应用。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种数字全息成像系统及方法，在不增加实验系统的复杂程度的情况下，就能实现动态过程的实时观测。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种数字全息成像系统，用于对待测样品进行全息成像，包括激光器、扩束准直单元、第一分束器、第二分束器、第三分束器、反射镜、空间光调制器、图像传感器和计算机，其中，由激光器发出的光经过所述扩束准直单元准直成平行光束，该平行光束经过所述第一分束器分成两束，其中一束经过所述反射镜反射后透过所述第二分束器形成参考光被所述图像传感器接收，另一束经过所述待测样品后被所述第三分束器反射到所述空间光调制器进行调制，然后被调制的光束透过所述第三分束器并被所述第二分束器反射后形成物光被所述图像传感器接收，所述参考光和所述物光在所述图像传感器表面发生干涉，所述图像传感器经过一段曝光时间，记录干涉生成的全息图；

所述空间光调制器和所述图像传感器分别连接所述计算机，所述空间光调制器在所述计算机的控制下在全息图的曝光时间内依次加载多个不同的采样矩阵，其中每个所述采样矩阵分别用于对每个采样时间段内的物光进行调制，所述图像传感器将所述全息图传输给所述计算机。

优选地，所述空间光调制器为反射式的振幅型空间光调制器。

本发明还公开了一种数字全息成像方法，包括以下步骤：