[发明专利]一种高分辨率数字全息衍射层析成像

摘要

一种高分辨率数字全息衍射层析成像，属于数字全息技术和衍射层析成像领域。由数字全息衍射层析成像装置，利用合成孔径方法得到N幅合成高分辨率全息图，进而获得被测样品的高分辨率三维折射率再现。为了提高系统的成像分辨率，将合成孔径方法引入到数字全息衍射层析成像系统中，利用二维电动平移台移动CCD，采集原始全息图周围的高频信息，当振镜角度为θ时，记录M×M(M≥3)幅子全息图，将M×M幅子全息图进行强度配准和图像错位亚像素微位移等处理，得到一幅合成高分辨率全息图。通过数字全息衍射层析方法和合成孔径方法相结合实现高分辨率的三维成像。数字全息衍射层析成像系统能够实现非接触、无标记、无损、三维层析成像测量。

主权项

1.一种高分辨率数字全息衍射层析成像装置及方法，由数字全息衍射层析成像装置，利用合成孔径方法得到N幅合成高分辨率全息图，并获取被测样品的复振幅分布、三维折射率分布来实现，其特征在于具体方法步骤如下：所述的数字全息衍射层析成像装置包括激光器(1)，连续衰减片(2)、分束棱镜(3)、透镜A(4)、透镜B(5)、振镜(6)、聚光透镜(7)、样品(8)、油浸显微物镜(9)、透镜C(10)、反射镜(11)、扩束准直系统(12)、合束棱镜(13)、CCD(14)、二维电动平移台(15)、计算机(16)，在激光器(1)的输出光路上依次垂直放置连续衰减片(2)、分束棱镜(3)，激光束通过分束棱镜(3)后分为两束偏振光，一束光经过扩束滤波系统作为平行参考光照射到合束棱镜(13)上，另一光束依次通过透镜A(4)、透镜B(5)、振镜(6)、聚光透镜(7)、样品(8)、油浸显微物镜(9)、透镜C(10)照射到合束棱镜(13)上，两光束在合束棱镜(13)的作用下以满足尼奎斯特抽样定理和再现像分离条件物参夹角在CCD(14)靶面上相遇发生干涉，且CCD(14)放置在二维电动平移台(15)上并与计算机(16)连接，计算机(16)用于记录及处理全息图；所述的利用合成孔径方法得到N幅合成高分辨率全息图的步骤如下，步骤一、单幅合成高分辨率全息图的采集：利用所述二维电动平移台(15)以等间距阵列形式移动CCD(14)，记录M×M幅子全息图，其中M≥3，并保证相邻两幅子全息图之间有10％以上的交叠区域，将M×M幅子全息图进行强度配准和图像错位亚像素微位移处理，得到一幅合成高分辨率全息图；步骤二、N幅合成高分辨率全息图的获取：当振镜(6)照明角度分别为θ+nΔθ，其中Δθ为照明角度基本变化量，并且n＝0,1,2…N‑1时，重复步骤一就得到N幅合成高分辨率全息图；所述的被测样品的复振幅分布的获取：在计算机(16)中对所述N幅合成高分辨率全息图分别做傅里叶逆变换得到高分辨率的频谱图，然后用频谱滤波的方法截取出感兴趣的频谱，并将其移到频域中心，再对它做一次傅里叶逆变换，得到N幅合成高分辨率的复振幅分布；所述的三维折射率分布的获取：根据数字全息衍射层析理论，由下式：式中U(s)为散射场，U为总场，Ui为入射场，从复振幅中得到散射场，再根据傅里叶衍射定理：式中是物体函数的三维傅里叶变换，K_x、K_y、K_z是物体的空间频率；是像平面(z＝0)弱散射场U^(s)的二维傅里叶变换，k_x、k_y是对应于空间坐标x、y的空间频率，并且，k_x＝K_x+k_x0、k_y＝K_y+k_y0，其中k_x0、k_y0为入射频率，得到物函数频域空间中相应Ewald频域球的频谱值，再经过插值、迭代算法，将频谱值填充Ewald频域球内，就得到物体函数的频谱再将进行三维逆傅里叶变换得到物体函数并且根据物体函数和折射率的关系：式中，n_m为匹配液折射率，λ₀为真空中的波长，得到物体的三维折射率分布根据以上数字全息衍射层析理论，对这N幅复振幅分布进行处理，得到物体的三维折射率分布。