[发明专利]一种高质量鲁棒部分相干成像方法及装置

说明书

本发明涉及一种高质量鲁棒部分相干成像方法及装置，该方法将部分相干场表示为互不相关的完全相干场叠加，通过调控交叉谱密度函数中的相关参数以及目标强度灰度矩阵，在远场处对所需要的目标强度进行成像；通过将交叉谱密度函数离散化表示为不同模式的非相干叠加的形式，在数字微镜器件或者空间光调制器上连续播放不同的全息图，来实现不同模式的非相干叠加，从而高效地对所需要的目标进行成像。成像装置结构简单，并且实验能量利用率较高，鲁棒性好，具有非常实用的价值。

技术领域

本发明涉及激光领域，具体涉及一种高质量鲁棒部分相干成像方法及装置。

背景技术

人眼获取的视觉信息是人类了解外界变化的主要途径之一，然而人眼却存在一定局限性，在某些方面受限于视觉的性能。可利用数字全息、显微镜等各类相干成像系统提升人眼的视觉性能。

传统的相干光场成像记录与重构方法，一是引入参考光将像面的相位信息转化为干涉条纹的光强信息，并利用相干光场成像衍射理论重构物面光场信息；二是直接获取像面光强信息，并利用迭代优化的相位恢复算法重构物像相位。但是，干涉法会存在相干噪声限制其成像的质量，且成像过程很难配置像面物光与参考光的干涉光路；基于迭代优化的相位恢复算法应用的是物面和像面的强度约束，不考虑成像面的相位约束，其无法重构成像面准确相位，且迭代过程比较耗费时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高质量鲁棒部分相干成像方法及装置，主要操控部分相干光束在通过透镜衍射传输后实现成像，在远场处对所需要的目标强度进行成像。

为实现本发明目的采用如下技术方案：一种高质量鲁棒部分相干成像方法，构造部分相干光束的交叉谱密度函数，来操控光束在远场处对所需要的目标进行成像；在源平面上构造具有特殊传输特性的部分相干光场交叉谱密度，其函数表达式为：

具有该二阶统计特性的光束可在通过透镜传输后实现部分相干成像，在远场处产生所需要的目标光强分布；其中r₁＝(x₁,y₁)，r₂＝(x₂，y₂)表示源平面上任意两点的位置矢量，是初始光强，σ是光束束腰宽度，当σ趋向于无穷大时，可等效于平面波入射；δ表示该部分相干函数中的关联结构的关联宽度，a是可调控的间距参数，调控远场光强上各像素之间的距离，N和M控制成像图像的像素的个数，F(m,n)代表成像目标强度灰度矩阵，控制部分相干成像的目标强度分布；通过调控N、M、δ、a、F(m,n)，理论上可以实现高质量鲁棒的部分相干成像，即成像光斑质量很好并且可以很密集，鲁棒性较好；选择不同的参数，可以灵活的调控远场处所需的成像目标光强分布。

进一步的，当关联宽度δ趋向于无穷大时，交叉谱密度函数退化为：

此时部分相干光成像退化为完全相干光成像，初始交叉谱密度函数对应的电场为：

对于完全相干光成像，理论模拟成像质量和部分相干光束成像相同，只是在实际应用时，鲁棒性稍差一些。

进一步的，展开系数为

其中，v_pq＝(v_p,v_q)表示随机变量，C代表归一化系数，F(m,n)代表图像强度灰度矩阵，每个m和n对应一个像素点。把图像灰度信息和对应的离散高斯点结合，将灰度矩阵转化为带空间坐标的信息，从而将图像信息转移到展开系数中。

进一步的，完全相干光实现成像时，在源平面上的电场函数表达式为：