[发明专利]一种无透镜成像的相位恢复图像再现方法

说明书

本发明提出一种无透镜成像的相位恢复图像再现方法，利用相干衍射成像实验装置捕捉到快速功率谱图，成像装置只需一个准直扩束激光器，一个傅里叶透镜和一个CCD探测器，将探测到的功率谱图进行三个步骤的重构，第一步通过混合输入输出算法算出一个初始相位，然后进行软孔径扫描，而不是在目标平面和空间谱平面进行扫描，第二步结合Ptychography算法增强傅里叶域约束，运用相位迭代恢复算法，实现对目标图像进行重构，第三步，为了进一步降低归一化均方差根，在此进行误差减小的算法，重构出目标图像。本发明成像装置简单，算法能快速从功率谱图中重构出准确的目标图像，实现了图像再现的功能。

技术领域

本发明涉及相干衍射成像领域，尤其涉及一种无透镜成像的相位恢复图像再现方法。

背景技术

在实际情况中，直接测量的图像常常只是波场的强度分布，而波场的相位分布往往很难直接测量，甚至是不可能，因此，从强度测量数据中恢复相位信息一直是近年来研究的热点，相位恢复算法即是这种由强度测量数据导出辐射源的振幅相位的方法。

目前，常用的相位恢复的方法有两种，一种是利用相位差传感器(具体可以使用波前传感器)直接探测光学系统的相位差，另一种是通过利用Gerchberg–Saxton(GS)算法，以最优理论图像为目标，利用傅里叶变换与逆傅里叶变换反复迭代修正误差，最终收敛后得到光学系统的相位差。

但是，利用波前传感器进行光学系统相位差探测，需要在光学系统的特定位置安装波前传感器，同时还需要在成像面上设置一个点光源作为引导，给光学系统的设计带来较大的限制；而迭代傅里叶变换(Iterative Fourier Transform,简称IFT)被认为是目前最好的相位恢复算法，遗憾的是IFT算法并不能保证迭代过程总是收敛到正确解，有时甚至会停滞在某个局部极小值附近而不能逃出，从而恢复不出目标图像。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种无透镜成像的相位恢复图像再现方法，解决了现有技术中光学系统搭建遇到的衍射极限问题，也解决了IFT算法在迭代过程中停滞在某个局部极小值不能恢复目标图像的问题，实现了实验设备简单易操作、迭代过程运算时间少、恢复的目标清晰的效果。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明实施例提供了一种无透镜成像的相位恢复图像再现方法，包括：

1.获取目标通过傅里叶透镜得到的功率谱图，具体施为：用准直扩束激光器照射目标时，目标摆放位置无需特定焦距f，可以任意位置；获取功率谱图只需将激光照射后的目标通过傅里叶透镜，在焦距f处放置CCD探测器，无需成像透镜。

2.依据所获取的功率谱图在迭代算法中引入Ptychography重构算法解决陷入局部极小值问题，具体是通过一种非实体的扫描孔径的软扫描，通过对傅里叶频谱进行冗余扫描，解决相干衍射成像方法中收敛停滞问题。

3.结合IFT算法和Ptychography算法进行三个步骤的迭代相位恢复模型，依据所述模型实现目标图像再现。

步骤一运用迭代傅里叶变换算法中的混合输入输出算法得到初始相位；

步骤二使用Ptychography算法并软扫描步骤一的结果；

步骤三运用迭代傅里叶变换算法中的误差减小的方法降低归一化均方误差。