μπι的顺序，于S7-2中逐一生成等效波长，并将获取对应等效波长相位图 所需的两幅S5单波长相位图导入S7-3双波长数字全息相位重构步骤中生等效波长相位 图，于本实施例中，首先导入的是632nm与67Inm组成的10. 9 μπι的等效波长，故需要导入 632nm与671nm的单波长相位图。完成上述步骤后，于S7-4处将该等效波长相位图生成为 人眼可见的图像，并于S7-5处判断相位图内是否含有包裹相位，若含有包裹相位，则返回 S7-1处产生下一个等效波长，于本实施例中为632nm与660nm组成的14. 9 μπι等效波长，故 第二次循环中，需要使用632nm与660nm的单波长相位图，以此类推，按照从小到大的顺序， 逐张等效波长相位图于S7-5处进行包裹相位判断。由于本实施例中使用的待记录物体的 深度信息为20. 1 μπι，故10. 9 μπκ 14. 9 μπκ 17. 3 μπι作为等效波长产生的双波长相位图无 法满足"不含包裹相位"的视觉判断要求，需使用656nm和671nm组成29. 3 μ m等效波长进 行双波长重构，故于本实施例中，当29. 3 μ m等效波长相位图内不含包裹相位信息时，认为 该等效波长可以反映物体的真实信息，则跳出循环，于S8处输出该等效波长相位图，视为 经由多波长自适应重构获得相位图，至此完成全部多波长自适应成像重构过程。
[0061] 图7为本发明的多波长自适应数字全息成像重构结果对比图，其中图（a)是选择 合适的等效波长，得到的无包裹相位的重构成像结果，图（b)是选择的等效波长过小时，仍 含有包裹相位的重构成像结果。
[0062] 在实施例中，使用了 632nm、656nm、660nm和671nm的记录光源组合，但不限定于 使用这四个波长的激光，任何由可调谐多波长激光器输出的激光波长，皆可用于记录单波 长数字全息图与多波长数字全息相位重构，属于本发明范围。本发明的一种多波长自适应 数字全息成像系统及方法，采用可调谐光源作为记录光源，使用基于一种离轴数字全息图 去零级频谱区域扫描法的波长关联识别模块读出所记录全息图的记录波长，并采用单波长 相位重构模块和多波长相位重构模块，可实现对深度范围未知且结构复杂待测物的相位重 构，具有可对任意跨尺度深度信息物体进行波前相位重建的特点，具有较强的推广及应用 价值。
[0063] 尽管参考特定实施例详细描述了本发明，在此描述的本发明实施例的意图不是详 尽的或者局限于所公开的具体形式。相反，所选的用于说明问题的实施例是为了使本技术 领域内的技术人员实施本发明而选择的。在不脱离下面的权利要求所描述和限定的本发明 的实质范围的情况下，存在变型例和修改例。
【主权项】
1. 一种多波长自适应数字全息成像系统，其特征在于包括：多波可调谐激光器、扩束 准直器、光阑、第一分光棱镜、第一反射镜、第二反射镜、第二分光棱镜、待测物体、图像采集 器以及计算机，其中第一分光棱镜、第一反射镜、第二反射镜和第二分光棱镜构成马赫泽德 干涉仪光路，由第一分光棱镜、第一反射镜和第二分光棱镜构成马赫泽德干涉仪结构的物 臂，由第一分光棱镜、第二反射镜和第二分光棱镜构成马赫泽德干涉仪结构的参考臂； 可调谐多波长激光器出射的激光经扩束准直器扩束后，照射到光阑上，经由光阑调整 光斑大小后，该光束照射到第一分光棱镜处；光束由第一分光棱镜分为两束光束，两束光束 中透射光束为物光光束，反射光束为参考光光束；待测物体放置于第一反射镜和第二分光 棱镜之间或者放置在第一反射镜和第二分光棱镜的延长线上。2. 应用如权利要求1所述系统的方法，其特征在于依次包括：首先经由S1输入全息图 导入单波长数字全息图，其后进行S2波长关联识别获得对应单波长数字全息图的记录波 长，然后将S1导入的单波长全息图和S3输出全息图记录波长一同导入S4单波长数字全息 相位重构，最终获得S5单波长相位图；完成一次完整的单波长数字全息图数值重构后，进 行S6判断过程，判断是否完成了经由多波长数字全息记录单元记录的所有单波长全息图 的数值重构，若未完成则返回S1步骤，若完成则将所有单波长相位图导入S7多波长自适应 相位重构中，进行多波长相位重构和自适应筛选，实现S8多波长相位图获取。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，S2波长关联识别包括6个步骤：S2-1傅里 叶变换，对全息图进行傅里叶变换，获取其频谱分布信息；S2-2获得全息图的频谱图，用于 获得并输出全息图的频谱图；S2-3零级频谱区域判定，用于在频谱域中判定划分出零级频 谱的区域，并在之后S2-4正一级频谱扫描中，不再对所述的零级频谱区域进行扫描；S2-4 正一级频谱区域扫描，用于扫描分析零级频谱区域之外的正一级频谱区域；S2-5获得正一 级频谱中心点位置；S2-6记录波长判定，用于在S2-5获得正一级频谱中心点位置后，根据 频谱域波长分布关系进行记录波长判断，计算得出记录波长值。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，S2-3零级频谱区域判定中不予扫描的零级 频谱区域根据以下关系确定： 式中2fM为零级频谱的最大频谱值，l/r表示频谱区域可表征的最大范围，r是CCD的 像元尺寸；从频谱中心点计算，将频谱可表征范围内三分之一的区域判定为不予扫描的零 级频谱区域； S2-4正一级频谱区域扫描，具体为频谱区域内扫描到最大光强值对应的频谱点位置， 即是正一级频谱中心点位置；然后，由正一级频谱中心点位置为中心，截取边长为2fM的正 方形区域作为正一级频谱区域，并进行频谱截取提取出正一级频谱信息。5.根据权利要求3所述方法，其特征在于，S2-6根据正一级频谱中心点的频谱值，计算 得到该频谱图所对应的记录光波长具体为：记录波长与其正一级频谱中心点频谱值的关系 式为式中，k为第m个全息图记录光波长，a"为第m个全息图正一级频谱中心点的频谱 值，0为记录离轴全息图的物光与参考光的夹角，即离轴干涉角。6. 根据权利要求2所述方法，其特征在于，S4单波长数字全息相位重构包括5个步骤： S4-1傅里叶变换，获得各全息图的频谱图；由S4-2频谱滤波，提取各频谱图中正一级频谱 信息；由S4-3傅里叶逆变换，将正一级频谱还原为记录平面复振幅分布；由S4-4角谱自由 空间传播，使用输入的各全息图记录波长值，数值计算光波在自由空间中的传播，得到观察 平面上的复振幅分布；然后，进行S4-5Angle角函数处理，利用Angle角函数处理获得单波 长相位图。7. 根据权利要求2所述方法，其特征在于，S7多波长自适应相位重构包括以下步骤： S7-1等效波长合成，使用两个波长进行等效波长合成；S7-2获得等效波长，得到等效波长 值，并保存合成该等效波长的两个单波长值；S7-3双波长相位重构，使用合成所述等效波 长的两个波长对应的单波长相位图进行相减，数值重构等效波长相位图；在S7-4等效波长 相位图，获得等效波长相位图信息，转化为人眼可识别的黑白图像并显示；S7-5包裹相位 判定，判别所述的等效波长相位图中是否包含包裹相位，若含有包裹相位，则返回S7-1等 效波长合成，重新选取两个波长合成一个新的等效波长，并进行相应的双波长相位重构，若 不含有包裹相位，则将所述等效波长相位图输出，该所述等效波长相位图即是待测物体的 重建相位图。
【专利摘要】波长自适应数字全息成像系统及方法涉及数字全息成像领域。可调谐多波长激光器出射的激光经扩束准直器扩束后，由光阑调整光斑大小后，光束照射到第一分光棱镜处；光束由第一分光棱镜分为两束光束，透射和反射光束；由第一分光棱镜、第一反射镜和第二分光棱镜构成马赫泽德干涉仪结构的物臂，由第一分光棱镜、第二反射镜和第二分光棱镜构成马赫泽德干涉仪结构的参考臂；方法主要包括：波长关联识别，判断所记录全息图的记录光源波长；单波长数字全息相位重构，通过单波长数值重构获取单波长数字全息图的相位信息；进行多组双波长数值重构，获得等效波长相位信息。本发明有利于对深度信息分布范围未知的待测物体实现准确的多波长数字全息成像探测。
【IPC分类】G03H1/08
【公开号】CN105116705
【申请号】CN201510629842
【发明人】王喆, 江竹青
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月29日