[发明专利]一种基于太赫兹衍射图分解的太赫兹波数字全息成像方法

摘要

本发明公开了一种基于太赫兹衍射图分解的太赫兹波数字全息成像方法，包括太赫兹全息图记录，全息图预传播，预传播衍射面复振幅图像分解和多层面复振幅图像重建合成过程。其中：(1)太赫兹全息图记录过程：在太赫兹数字全息成像系统中采集处理得到大孔径归一化太赫兹全息图。(2)全息图预传播过程：自由传播特定距离获得预传播衍射面的复振幅图像。(3)预传播衍射面复振幅图像分解过程：计算预传播衍射面复振幅图像前景面和后景面阈值，制作二值化掩膜图像，获得预传播衍射面的子复振幅图像。(4)多层面复振幅图像重建合成过程：重建各物平面的子复振幅图像，合成得到太赫兹波数字全息多层面成像结果。

主权项

1.一种基于太赫兹衍射图分解的太赫兹波数字全息成像方法，包括以下步骤：太赫兹全息图记录过程，全息图预传播过程，预传播衍射面复振幅图像分解过程，多层面复振幅图像重建合成过程：(1)太赫兹全息图记录过程。将深度方向上包含多层面信息的样品放置于太赫兹数字全息成像系统中，太赫兹波经过样品调制，携带样品的多层面信息，与不经过样品调制的太赫兹参考波干涉形成太赫兹全息图。为提高系统成像分辨率，搭载太赫兹探测器的二维平移台在垂直于太赫兹波照明方向的记录平面内按照给定扫描顺序进行二维移动，采集不同位置的太赫兹子全息图。移除样品后，搭载太赫兹探测器的二维平移台按照太赫兹子全息图记录过程中相同的扫描顺序，记录太赫兹子背景图像。将相同位置采集的对应太赫兹子全息图和太赫兹子背景图相除，得到子归一化全息图，按照扫描顺序进行子归一化全息图图像拼接，得到大孔径归一化太赫兹全息图。(2)全息图预传播过程。将步骤(1)中的大孔径归一化太赫兹全息图在计算机中通过自由空间传播算法，沿物体平面方向预传播至衍射平面P，获得预传播衍射面的振幅和相位分布，即预传播衍射面复振幅图像U(m，n)。该衍射面的传播距离为d_p。定义样品不同分层面距离太赫兹探测器记录平面的最大距离和最小距离分别为d_max和d_min，则d_p的取值定义为(3)预传播衍射面复振幅图像分解过程。计算提取预传播衍射面复振幅图像U(m，n)的振幅和相位图像，采用最大类间方差法进行前景面和后景面的最大方差阈值T的判定计算，基于得到的阈值T进行预传播衍射面复振幅图像的二值化运算，得到二值化掩膜图像K(m，n)，可表示为对二值化掩膜图像K(m，n)完成边缘均值模糊化处理，得到预传播衍射面的掩膜图像K′(m，n)，通过非零值区域识别，对掩膜图像K′(m，n)中的x个孤立非零值区域图像进行逐一提取，并将其补零值至原掩膜图像K′(m，n)的像素尺寸大小，得到x个只包含单个孤立非零值图像区域的子掩膜图像K′_i(i＝1，2，...，x)。将得到的x个子掩膜图像K′_i分别与预传播衍射面的复振幅图像U相乘，获得x个预传播衍射面的子复振幅图像U_i(i＝1，2，...，x)。U_i＝U×K′_i，i＝1，2，...，x(4)多层面复振幅图像重建合成过程。通过自动聚焦算法计算预传播衍射面的各个子复振幅图像U_i的聚焦传播距离，并通过自由空间传播算法进行传播，重建得到各个物平面复振幅图像O_i(i＝1，2，...，x)。将各个物平面复振幅图像O_i分别与各自对应的子掩膜图像K′_i相乘得到图像O′_i，计算各个物平面复振幅图像O_i的平均值并与做取反运算的对应子掩膜图像(1‑K′_i)相乘得到图像O″_i，将图像O′_i和图像O″_i相加合成目标样品的多层面复振幅成像结果0，该步骤可表示为。