[发明专利]基于克罗内克积插值的离轴数字全息成像重建方法

说明书

一种基于克罗内克积插值的离轴数字全息重建方法，涉及数字全息成像技术领域。本发明记录样品的离轴数字全息图，采用一个常数矩阵对离轴数字全息图作克罗内克积插值处理，对插值后的全息图作傅里叶变换得到包括新增混叠频谱区域的插值频谱图，将混叠频谱区域相加并用其替换原有区域分布，截取混叠频谱区域中的正一级或负一级频谱项移动到频谱域中心，作逆傅里叶变换后进行角谱传播重建复振幅分布，得到成像重建的振幅图和相位图。本方法有利于由样品的离轴数字全息图重建其高分辨的振幅分布和相位分布。

技术领域

本发明涉及数字全息成像技术，更具体的说，是涉及提高离轴数字全息成像质量和分辨率的重建方法及系统。

背景技术

数字全息是一种新型数字成像技术，其使用光电耦合器件(CMOS或CCD)，记录下参考光与携带样品信息的物光相干涉的数字全息图；然后，采用计算机数值模拟衍射传播过程进行波前重建，成像得到样品的振幅与相位分布图。根据在数字全息光路系统中全息图记录面上参考光波与物光波是否存在夹角，即离轴干涉角，数字全息技术分通常分为同轴数字全息与离轴数字全息。同轴数字全息具有较大的重建空间频谱带宽，但在计算机重建过程中，其频谱域的零级频谱和负一级共轭频谱都重叠在含有有效信号的正一级频谱上，需要特殊算法处理并且难以完全消除。相比之下，离轴数字全息术由于记录全息图时具有离轴干涉角，在全息图记录面上形成了高频载波并与物信息被同时记录于全息图中，这使得离轴数字全息图经傅里叶变换后其正一级、负一级和零级空间频谱在谱域中能有效分离。尽管重建的空间带宽受限，离轴数字全息方法能够借助频谱滤波轻易地摆脱零级项与共轭项的干扰。

现有的离轴数字全息技术包含以下两个主要部分：

1.图像采集过程：基于马赫-曾德尔干涉仪结构的离轴数字全息成像系统，物光束与参考光束在记录面上进行干涉形成干涉条纹，并使用图像采集器件记录得到数字全息图。

2.图像重建过程：对数字全息图进行傅里叶变换，截取频谱分布中+1级谱并平移至谱域中心，对其作逆傅里叶变换后得到复振幅分布；再利用计算机模拟衍射传播到聚焦距离，取其振幅即得到样品的振幅分布，取其相位并进行相位解包裹和去畸变处理可得到样品的相位分布。

现有离轴数字全息重建方法存在的缺陷是：为了实现高有效空间带宽的重建，要求对+1级或-1级频谱具有更大的截取范围，而更大的截取范围容易受到零级频谱或频谱域视场边缘的影响，这种影响在离轴干涉角过大或过小时尤为明显。

发明内容