[发明专利]一种无透镜全息三维成像构建方法及装置

权利要求书

1.一种无透镜全息三维成像构建方法，其特征在于，通过图像传感器获取样品在不同入射光光源照明下的多个图像后，采用预设的基于无透镜全息硬件结构的滤波反传播算法—FBPP-LHM算法对样品进行三维重建，三维重建过程包括：

根据图像传感器、样品及入射光光源的位置关系建立执行所述FBPP-LHM算法所需的三维坐标系；

将位于所述三维坐标系内的样品切分成若干等间距的垂直于三维坐标系Z轴的二维截面；

确定各二维截面和所述图像传感器在三维坐标系内的位置信息，并确定入射光的物理信息和样品周围介质折射率；

根据所述二维截面和所述图像传感器在三维坐标系内的位置信息、入射光的物理信息和样品周围介质折射率，采用预设的所述FBPP-LHM算法分别计算出每个二维截面的折射率后，将计算完成的各个二维截面的折射率拼接获得样品的三维折射率分布，根据所述三维折射率分布得到样品的三维成像；

建立执行所述FBPP-LHM算法所需的三维坐标系时，将所述图像传感器所处平面垂直于z轴，且中心位于z轴上，则确定所述图像传感器在三维坐标系内的位置信息为：所述图像传感器所处平面在三维坐标系Z轴上与坐标原点的距离；

确定的所述各二维截面在三维坐标系内的位置信息为：

各二维截面在三维坐标系Z轴上与坐标原点之间的截面距离；

所述入射光的物理信息包括：

不同入射光的极化角、方位角、入射光波长及入射光强度，且所述不同入射光的极化角的值均相同；

所述根据所述二维截面和所述图像传感器在三维坐标系内的位置信息、入射光的物理信息和样品周围介质折射率，采用预设的所述FBPP-LHM算法分别计算出每个二维截面的折射率，包括：

步骤S1：对第t个入射光光源照明下获得的图像I_t进行二维傅里叶变换生成第一频谱信息并确定第t个光源产生的入射光的方位角，其中，t＝1，2，3……N，N表示入射光光源总数，且入射光光源总数与图像个数相等；

步骤S2：确定频域空间坐标后，根据所述图像传感器所处平面在三维坐标系Z轴上与坐标原点的距离、入射光的极化角、第t个入射光方位角、入射光波长、任一二维截面截面距离及样品周围介质折射率，确定第t个图像I_t在样品位于其中一个二维截面对应的滤波器，该滤波器表示为：

式中：(k_x,k_y)为频域空间坐标，k_m＝2πn_m/λ，n_m是样品周围介质折射率，λ是入射光波长，z₁为所述二维截面在三维坐标系Z轴上与坐标原点之间的截面距离，θ₀为入射光的极化角，z₀表示所述图像传感器所处平面在三维坐标系Z轴上与坐标原点的距离，表示第t个入射光的方位角；

步骤S3：将所述第一频谱信息I～_t与所述滤波器相乘，获得第t个图像I_t滤波后的第二频谱信息；

步骤S4：将N个图像滤波后的所述第二频谱信息相加，并乘以预设的常数项得到初始截面信息，式中a₀为入射光强度，i为复数单位，k_Z0为入射光在频域空间坐标Z方向上的波矢量；

步骤S5：对所述初始截面信息F进行二维傅里叶逆变换，由此获得样品位于z＝z₁处二维截面的截面信息；

步骤S6：根据z＝z₁处二维截面的所述截面信息及所述样品周围介质折射率，获得样品位于z＝z₁处截面的折射率，所述折射率的值表示为：

步骤S7：根据获取的各二维截面与坐标原点的截面距离，改变z₁的值，重复步骤S2～S6，即获得样品每个二维截面的折射率n，式中f为z＝z₁处二维截面的截面信息。

2.根据权利要求1所述的无透镜全息三维成像构建方法，其特征在于，所述将所述第一频谱信息与所述滤波器相乘，获得第t个图像I_t滤波后的第二频谱信息之前，还包括：

对所述滤波器进行移位处理，移位后的滤波器表示为式中分别为入射光沿所述频域空间坐标x、y方向的波矢量：

则，将所述第一频谱信息与移位处理后的所述滤波器相乘获得的第二频谱信息的值为：