[发明专利]一种基于光强传输方程相位恢复应用装置

摘要

本发明涉及一种基于光强传输方程相位恢复应用装置。本装置利用分光片、反射镜和空间光调制器将成像光束分为三束子光束，并通过调节空间光调制器上的角谱传递函数使CCD同时获得一副聚焦强度图像和两幅具有相等离焦距离的正、负离焦强度图像，然后将采集到的图像应用于光强传输方程相位恢复技术来重建出物体的相位。由于采集过程不需要任何机械移动与调整，且仅需要单个相机单次曝光，所以本系统可以非常稳定、高速地恢复出定量相位图像，并将传统光强传输相位成像拓展到可相对快速移动的动态物体进行测量。

主权项

1.一种基于光强传输方程相位恢复应用装置，其特征在于，包括光源，4f系统，分光片，反射镜和CCD；被测物体(9)设置于光源和4f系统之间，在4f系统后方设置第一分光片(12)，第一分光片(12)上方设置第一空间光调制器(15)，下方正交设置第二分光片(16)，后方设置第一反射镜(13)和第二反射镜(14)彼此正交；所述第二分光片(16)前方设置CCD(21)，后方设置第二空间光调制器(17)以及第三反射镜(19)和第四反射镜(20)彼此正交，下方设置第三空间光调制器(18)；光源准直后照射到被测物体(9)上形成物光束，物光束经过4f系统后形成成像光束，成像光束被第一分光片(12)分为透射光束L1和反射光束L2；透射光束L1被第一反射镜(13)和第二反射镜(14)反射后经过第一分光片(12)产生反射光束L3，反射光束L3经过第二分光片(16)产生反射光束L4和透射光束L5，反射光束L4被第二空间光调制器(17)所反射，经过第二分光片(16)后产生透射光束L6被CCD(21)采集，反射光束L5不被采集；反射光束L2被第一空间光调制器(15)反射后经过第一分光片(12)产生透射光束L7，透射光束L7经过第二分光片(16)产生反射光束L8和透射光束L9，反射光束L8被第二空间光调制器(17)所反射，经过第一分光片(12)后产生透射光束L10被CCD(21)采集；透射光束L9被第三空间光调制器(18)、第三反射镜(19)和第四反射镜(20)反射后经过第二分光片(16)产生透射光束L11被CCD(21)采集；首先调节第二空间光调制器(17)上的角谱传递函数，使第二傅里叶变换透镜(11)沿着光路L1、L3、L4、L6到CCD(21)的距离为第二傅里叶变换透镜(11)的焦距，然后调节第一空间光调制器(15)上的角谱传递函数，使第二傅里叶变换透镜(11)沿着光路L2、L7、L8、L10到CCD(21)的距离为第二傅里叶变换透镜(11)的焦距减去离焦距离，最后调节第三空间光调制器(18)上的角谱传递函数，使第二傅里叶变换透镜(11)沿着光路L2、L7、L9、L11到CCD(21)的距离为第二傅里叶变换透镜(11)的焦距加上相等的离焦距离，这样获得了基于TIE的相位恢复技术需要的三幅强度图像：一副聚焦强度图像和两幅具有相等离焦距离的正、负离焦强度图像；对CCD采集到的三幅图像采用图像匹配方法，如相互法、傅里叶相位相关法进行图像配准，并保证尺寸完全一致，一旦三幅图像的相对位移参数确定后，后续测量就不需要再进行标定了；图像配准后，将采集到的图像应用于光强传输方程相位恢复技术来重建出物体的相位；由光强传输方程相位恢复技术可知，最优的离焦距离与噪声水平和物体本身的特性密切相关，当被测物体情况未知时，可以尝试采用不同的离焦距离去恢复物体相位，然后比较重建结果以去寻找最优离焦量。