[发明专利]一种无透镜同轴数字全息的微颗粒成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种无透镜同轴数字全息的微颗粒成像系统及方法，该系统包括：光源模块(1)、样本平面(2)、摄像器件(3)、三维位移平台模块(4)、图像处理与信号控制模块(5)；通过信号控制模块(5)发出信号控制三维位移平台模块，从而改变样本平面到摄像器件的距离，获得一系列低分辨率全息图，并由摄像器件记录，最后利用图像处理模块(5)实现超分辨重构算法对低分辨全息图重构，能够获得高分辨率的图像。同时，本发明公开的成像系统采用无透镜同轴数字全息，有效地克服传统离轴数字全息系统设备笨重、光路复杂的缺点。

技术领域

本发明属于数字全息显微成像领域，具体涉及一种无透镜同轴数字全息的微颗粒成像系统及方法。

背景技术

数字全息技术(Digital Holography)是一种新型的成像技术，是利用CCD/CMOS成像摄像器件记录干涉信息，利用计算机对记录的全息图进行衍射再现，得到目标的强度和相位信息，进而实现被测目标的数字三维成像，具有无损伤﹑快速、实时三维测量等优势，广泛应用于精密制造﹑生物医疗、粒子分析等领域。

传统的数字全息成像技术使用激光作为光源，需要准直和扩束且价格昂贵；对系统的机械性要求较高且驱动设备较为复杂笨重；搭建系统时需要多组透镜等一系列问题。同时，随着各行各业的快速发展，人们对图像质量的要求越来越高，希望可以获取清晰度高、细节清晰、信息丰富的图像。但是，图像在成像、传输等阶段中，受外界条件不同程度的干扰，难免会出现降质现象，从而降低其整体质量。提升图像的质量有两个发展方向:一是硬件，最大限度提升硬件成像设备的分辨率。但这类方法的时间、费用成本较高，且随着硬件水平的提高，其技术难题越来越难攻克，在实际应用中，存在很多局限性。二是图像处理的方法，通过后期对图像的“再”处理以提升其分辨率，这种方法与前者相比，具有成本低的优势，有很大的科研和应用价值。

因此提供一种设备简单、操作方便、成本较低并且能获得超分辨率的无透镜同轴数字全息的微颗粒成像系统及方法是本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种无透镜同轴数字全息的微颗粒成像系统，其包括沿光路方向依次设置的：光源模块、样本平面、摄像器件、三维位移控制平台、图像处理与信号控制模块。所述光源模块包括：光源驱动组件、阵列光源组件。

所述摄像器件通过电缆与图像处理与信号控制模块连接，光源驱动组件、三维位移控制平台与图像处理与信号控制模块通过控制线连接。

所述的成像系统通过图像处理与信号控制模块发出信号控制三维位移控制平台，从而改变样本平面到摄像器件的距离，获得一系列低分辨率全息图，并由摄像器件记录，最后利用图像处理与信号控制模块实现超分辨重构算法对低分辨全息图重构。

进一步地，所述光源驱动组件为单片机，光源组件为LED光源与微孔组件结合。

进一步地，所述摄像器件为CCD或CMOS二维成像器件。

进一步地，所述三维位移平台模块包括：步进电机、微控制器、驱动器、xyz运动平台，光电开关。

进一步地，所述的图像处理与信号控制模块具有图像采集、图像处理和全息重建的图像处理功能和控制xyz运动平台、光源驱动组件的信号控制功能。

进一步地，所述的成像系统工作时，图像处理与信号控制模块一方面从摄像器件中获取图像信息，并进行处理与重建，最后输出显示；另一方面，图像处理与信号控制模块发出信号控制步进电机的运转，从而调整Z轴上的摄像器件的位置来控制样本平面到摄像器件的距离；另一方面，图像处理与信号控制模块发出信号控制光源驱动组件，使其控制不同波长的光源亮暗。同时，通过调整XY平面上的摄像器件，使得不同波长LED灯垂直于摄像器件平面，其中安装于丝杆两端的光电开关用于限制xyz运动平台的运动的范围。

进一步地，该系统除图像处理与信号控制模块，其余部分应放置于暗箱中。