[发明专利]一种基于太赫兹衍射图分解的太赫兹波数字全息成像方法

说明书

本发明公开了一种基于太赫兹衍射图分解的太赫兹波数字全息成像方法，包括太赫兹全息图记录，全息图预传播，预传播衍射面复振幅图像分解和多层面复振幅图像重建合成过程。其中：(1)太赫兹全息图记录过程：在太赫兹数字全息成像系统中采集处理得到大孔径归一化太赫兹全息图。(2)全息图预传播过程：自由传播特定距离获得预传播衍射面的复振幅图像。(3)预传播衍射面复振幅图像分解过程：计算预传播衍射面复振幅图像前景面和后景面阈值，制作二值化掩膜图像，获得预传播衍射面的子复振幅图像。(4)多层面复振幅图像重建合成过程：重建各物平面的子复振幅图像，合成得到太赫兹波数字全息多层面成像结果。

技术领域

本发明涉及太赫兹波数字全息多层面成像方法技术领域，具体为一种基于太赫兹衍射图分解的太赫兹波数字全息成像方法。

背景技术

太赫兹波段因处于红外到微波的过渡波段而兼具两者的特性，使之在成像领域应用前景广阔，而数字全息技术因其成像结构简单和灵活的数据处理方式，对特定目标样品的多个聚焦层面成像有着独特优势。在传统成像过程中，存在样品分布在多个聚焦距离而无法获得所需多聚焦层面探测结果的问题，太赫兹数字全息技术可以充分发挥两者的优势和特点，成为一种在太赫兹波段的实现多聚焦层面成像技术。

本发明旨在提出一种基于衍射图分解的太赫兹波数字全息分层成像方法。这是一项在太赫兹波段的新型成像技术，其依靠计算机对太赫兹全息图的数字处理过程，通过单次成像记录样品的太赫兹波全息图即可获得样品包含不同深度方向聚焦面的振幅和相位信息。相比传统太赫兹波成像手段，该发明无需机械调节聚焦面位置以及多次曝光测量，即可实现样品的多层面复振幅探测成像。结合太赫兹波本身的选择穿透性和无损安全性，该发明是一种能够穿透非金属非极性掩盖物，单次记录曝光即可实现不同深度聚焦面信息的成像技术，在无损探测和材料表征领域会有广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于太赫兹衍射图分解的太赫兹波数字全息成像方法，以解决上述背景技术中提出的现有技术不足，获得目标样品不同深度聚焦面的复振幅信息，实现样品的多层面复振幅成像。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于太赫兹衍射图分解的太赫兹波数字全息成像方法，包括以下步骤：太赫兹全息图记录过程，全息图预传播过程，预传播衍射面复振幅图像分解过程，多层面复振幅图像重建合成过程：

(1)太赫兹全息图记录过程。将深度方向上包含多层面信息的样品放置于太赫兹数字全息成像系统中，太赫兹波经过样品调制，携带样品的多层面信息，与不经过样品调制的太赫兹参考波干涉形成太赫兹全息图。为提高系统成像分辨率，搭载太赫兹探测器的二维平移台在垂直于太赫兹波照明方向的记录平面内按照给定扫描顺序进行二维移动，采集不同位置的太赫兹子全息图。移除样品后，搭载太赫兹探测器的二维平移台按照太赫兹子全息图记录过程中相同的扫描顺序，记录太赫兹子背景图像。将相同位置采集的对应太赫兹子全息图和太赫兹子背景图相除，得到子归一化全息图，按照扫描顺序进行子归一化全息图图像拼接，得到大孔径归一化太赫兹全息图。

(2)全息图预传播过程。将步骤(1)中的大孔径归一化太赫兹全息图在计算机中通过自由空间传播算法，沿物体平面方向预传播至衍射平面P，获得预传播衍射面的振幅和相位分布，即预传播衍射面复振幅图像U(m，n)。该衍射面的传播距离为d_p。定义样品不同分层面距离太赫兹探测器记录平面的最大距离和最小距离分别为d_max和d_min，则d_p的取值定义为

(3)预传播衍射面复振幅图像分解过程。计算提取预传播衍射面复振幅图像U(m，n)的振幅和相位图像，采用最大类间方差法进行前景面和后景面的最大方差阈值T的判定计算，基于得到的阈值T进行预传播衍射面复振幅图像的二值化运算，得到二值化掩膜图像K(m，n)，可表示为