[发明专利]一种全场超分辨率的数字全息装置及成像方法

说明书

本发明涉及一种全场超分辨率的数字全息装置及成像方法，装置包括：激光器、偏振片、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；所述激光器发出的光经过偏振片后由第一分光组件分成两束光，第一束光经过参考光束的光路组件到达合束组件；第二束光在经过物光光束的部分光路组件时被调制，调制后的光照射被测物体，穿过被测物体的光到达合束组件；到达合束组件的两束光发生干涉，所述采集系统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及分辨率信息，上述结构能够提升数字全息成像的全场超分辨率。

技术领域

本发明涉及数字全息与光学显微成像领域，具体涉及一种全场超分辨率的数字全息装置及成像方法。

背景技术

数字全息显微作为一种可对微观物体实现连续、快速、非标记定量相位成像的方法，已广泛应用于对微观生物及微纳材料的无损检测。通常情况下，随着数字全息显微物镜倍率的提升，观测范围会不断变小，为保证成像系统对微观被测对象有较好的成像质量，解决视场范围与成像分辨率之间的矛盾显得尤为重要。业内人士利用倾斜光或结构光，通过合成多幅图像的频谱来扩展单幅图像的频域带宽成为了一种提高成像分辨率的重要办法。

然而，针对上述方法在被测物体需要实时显示其形貌时，该方法存在缺点，无法对其进行快速的显微超分辨成像。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种全场超分辨率的数字全息装置及成像方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种全场超分辨率的数字全息成像方法，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；

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；N大于等于2；

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。

可选地，N＝6，S2中的N幅倾斜球面波的照明角度依次为：0°、60°、120°、180°、240°、300°。

可选地，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,yi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。

可选地，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；