[发明专利]一种全场超分辨率的数字全息装置及成像方法

权利要求书

1.一种全场超分辨率的数字全息成像方法，其特征在于，包括：

S1、将同一光源的出射光分为物光光束和参考光束；

S2、针对物光光束，借助于光调制组件加载N幅不同照明角度的倾斜球面波，N幅倾斜球面波的照明角度依次为：0°、60°、120°、180°、240°、300°

S3、使调制后的物光光束穿透被测物体；

S4、使穿透被测物体的物光光束与参考光束合束而形成N幅全息图像信息；

S5、采集所述N幅全息图像信息并进行频谱变换处理、傅里叶变换处理以及共轭像处理，获得被测物体像面的强度信息及全场超分辨率信息；

其中，S2中倾斜球面波经过被测物体后，获取全息图像信息中的复振幅

表示透过被测物体的第i个物光波复振幅；

x_i,y_i表示第i个物光波空间横纵坐标；

M为放大率，j表示值为-1的开方，k为波数；d_i表示像距即图像采集器到显微物镜的距离；

为球面波复振幅，j表示值为-1的开方，k为波数，x、y为空间的横纵坐标，Δx,Δy为空间内平移的坐标量，z₀表示球面波汇聚在物平面下的距离。

2.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述S3包括：

S31、对每幅全息图像信息进行频谱变换计算，利用傅里叶变换公式得到：

u和v分别是x和y方向上的空间频率；

S32、使用预先设置的窗函数获取每幅全息图像信息的频谱中的原始像；

提取每一幅原始像的频谱，并将其平移到整个频谱的正中心位置，使得6幅原始像的频谱平移到一起；

S33、根据空域与频域中的平移对应关系，获取在频域中得到其低频时的坐标为6幅图像的低频坐标分别为(i＝1，2，3，4，5，6)，z₀为物体到采集系统的距离；

S34、将6幅合成频谱信息进行逆傅里叶变换，得到物光波的复振幅：

S35、将物光波的复振幅与该物光波的共轭像的复振幅乘积，获得被测物体的像面光强度信息I(x,y)：

为共轭像的复振幅；

S36、分析被测物体像面的强度信息，确定全场超分辨率信息。

3.一种基于权利要求1或2所述的全场超分辨率的数字全息成像方法的数字全息装置，其特征在于，包括：

激光器、第一分光组件、参考光束的光路组件、物光光束的光路组件、合束组件、采集系统；

所述第一分光组件用于将所述激光器发出的光分成参考光束和物光光束；

所述参考光束的光路组件用于将所述参考光束进行扩束准直到达合束组件；

所述物光光束的光路组件用于将所述物光光束进行调制并使之透过被测物体后到达合束组件；

所述合束组件用于使参考光束和物光光束发生干涉；

所述采集系统用于采集发生干涉的光的全息图像信息，并处理获得被测物体像面的强度信息、相位信息及全场超分辨率信息。

4.根据权利要求3所述的数字全息装置，其特征在于：

第一分光组件包括偏振片和第一分光棱镜；所述偏振片位于激光器和第一分光棱镜之间；

所述参考光束的光路组件包括：第一扩束镜和第一透镜，用于对所述参考光束进行扩束准直；

所述合束组件包括合束镜。

5.根据权利要求4所述的数字全息装置，其特征在于：

第一分光组件与所述参考光束的光路组件或所述物光光束的光路组件之间还包括反射镜，用于改变所述第一分光组件分出来的参考光束或物光光束的方向。

6.根据权利要求3所述的数字全息装置，其特征在于：

所述物光光束的光路组件包括：

第二扩束镜、第二透镜、第二分光棱镜、空间光调制器和用于成像的显微物镜；

所述第二扩束镜和所述第二透镜用于对所述物光光束进行扩束准直；

所述第二分光棱镜用于使扩束准直后的物光光束到达所述空间光调制器，并用于使调制后的物光光束照射被测物体；

所述显微物镜用于利用透射过所述被测物体的物光光束成像并进一步使物光光束到达合束组件。