一种连续太赫兹波的同轴数字全息相位复原成像方法
【专利摘要】本发明涉及一种同轴数字全息成像方法，特别是涉及一种连续太赫兹波的同轴数字全息相位复原成像方法。包括完成全息图和背景图的负像素消除、正像素叠加的重建预处理过程和累加全息图归一化重建预处理过程。其相位重建迭代算法包括四步步骤：完成插值缺失数据，记录面到物面的太赫兹复振幅传播，消除孪生像的波前振幅阈值处理，物面传播回记录面抽取正像素相位数据集完成重建。通过计算得到的物体复振幅被用作下一轮迭代计算的输入值，迭代过程为步骤二开始至步骤四，多次迭代的最终效果将消除孪生像，得到高保真度的物面复振幅。
【专利说明】一种连续太赫兹波的同轴数字全息相位复原成像方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种同轴数字全息成像方法，特别是涉及一种连续太赫兹波的同轴数字全息相位复原成像方法。
【背景技术】
[0002]太赫兹数字全息技术是一项发展迅速的新型成像技术，其依靠无像差衍射而无需镜头完成成像，相比传统的焦平面成像技术其提供了更高的分辨率。在过去的十年里，研究人员使用不同的太赫兹源和探测器进行了许多有关太赫兹数字全息技术的实验。同轴数字全息光路结构非常简单，需要使用的光学元件非常少，这使得其对于太赫兹成像有很大的优势，降低了对图像采集器空间频率的要求，但缺点为再现过程中存在共轭像。同轴数字全息的相位复原方法被提出用来消除全息术中的共轭像，在物面和记录面上施加不同的约束条件，通过迭代计算将样品的实像从干扰的孪生像中提取出来，得到准确的物面复振幅分布。这些技术在可见光领域得到广泛的应用，但在太赫兹成像领域应用较少，因为克服实验噪声数据对图像质量的影响依然还是一个挑战，其主要原因是由于系统中的热致电相机的灵敏度低，相机记录过程中的斩波器引起的空气振动亦会对太赫兹波强度产生影响，同时由于现有的太赫兹波段缺乏有效的滤波整形元件支持，光束质量较差。克服这些挑战要求实验中有更加优化的实验步骤和成像方法来增强全息图的质量，以获取准确的物面复振幅分布。
【发明内容】
[0003]一种连续太赫兹波的同轴数字全息相位复原成像方法，其特征在于:
[0004]1、一种连续太赫兹波的同轴数字全息相位复原成像方法，其系统光路包括CO2泵浦太赫兹激光器I，He-Ne激光器2,分光棱镜3,反射镜4,第一镀金抛物面镜5、第二镀金抛物面镜6，样品7，热致电图像采集器8。CO2泵浦太赫兹激光器I用于输出连续太赫兹波；He-Ne激光器2用于输出连续红色激光；分光棱镜3用于反射He-Ne激光器2的输出光波2a和透射CO2泵浦太赫兹激光器I的输出光波Ia ;反射镜4用于偏转CO2泵浦太赫兹激光器I和He-Ne激光器2输出光的角度,得到反射光4a ;第一镀金抛物面镜5和第二镀金抛物面镜6组成一个扩束单元，可将反射镜4的反射光4a直径扩束，传播方向平行；样品7放置在第二镀金抛物面镜6和热致电图像采集器8之间，且需保证其被测面积小于光束直径，光束照射在样品7上散射的部分光波具有物体形貌信息称为物光波7a，未散射的部分光波称为参考光波6a,物光波7a和参考光波6a干涉形成的同轴全息图被热致电图像米集器8采集，称为全息图HiU, y)，其中i表示采集的幅数。其它情况保持不变，在第二镀金抛物面镜6和热致电图像采集器8之间移去样品7，热致电图像采集器9记录的图像，称为背景图像Bi (X，y)，其中i表示采集的幅数。分光棱镜3用于将He-Ne激光器2的输出光波2a顺时针90度反射，依次穿过CO2泵浦太赫兹激光器I的出射窗口玻璃进入CO2泵浦太赫兹激光器I的谐振腔，在CO2泵浦太赫兹激光器I的谐振腔内原路返回，穿过CO2泵浦太赫兹激光器I的出射窗口玻璃，竖直穿过分光棱镜3,用于校准分光棱镜3,反射镜4,第一镀金抛物面镜5、第二镀金抛物面镜6，和热致电图像采集器8的相对位置。
[0005]2、一种连续太赫兹波的同轴数字全息相位复原成像方法，包括全息图Hi (x, y)和背景图像Bi (X，y)的负像素消除、正像素叠加的重建预处理过程，当共m帧全息图Hi (x, y)中负像素出现的频率大于阈值ε时，替换取值为-1:
【权利要求】
1.一种连续太赫兹波的同轴数字全息相位复原成像方法，其特征在于: 系统光路包括CO2泵浦太赫兹激光器(I)，He-Ne激光器(2 )，分光棱镜(3 )，反射镜(4 )，第一镀金抛物面镜(5)、第二镀金抛物面镜(6)，样品(7)，热致电图像采集器(8) ;0)2泵浦太赫兹激光器(I)用于输出连续太赫兹波；He_Ne激光器(2)用于输出连续红色激光；分光棱镜(3)用于反射He-Ne激光器(2)的输出光波(2a)和透射CO2泵浦太赫兹激光器(I)的输出光波(la);反射镜(4)用于偏转CO2泵浦太赫兹激光器(I)和He-Ne激光器输出光的角度，得到反射光(4a);第一镀金抛物面镜和第二镀金抛物面镜组成一个扩束单元，将反射镜的反射光(4a)直径扩束，传播方向平行；样品放置在第二镀金抛物面镜和热致电图像采集器之间，且需保证样品被测面积小于光束直径，光束照射在样品上散射的部分光波具有物体形貌信息称为物光波(7a),未散射的部分光波称为参考光波(6a),物光波(7a)和参考光波(6a)干涉形成的同轴全息图被热致电图像采集器采集，称为全息图HiU, y)，其中i表示采集的幅数；其它情况保持不变，在第二镀金抛物面镜和热致电图像采集器之间移去样品，热致电图像采集器记录的图像，称为背景图像BiU, y)，其中i表示采集的幅数； 分光棱镜用于将He-Ne激光器的输出光波(2a)顺时针90度反射，依次穿过CO2泵浦太赫兹激光器的出射窗口玻璃进入CO2泵浦太赫兹激光器的谐振腔，在CO2泵浦太赫兹激光器的谐振腔内原路返回，穿过CO2泵浦太赫兹激光器的出射窗口玻璃，竖直穿过分光棱镜，用于校准分光棱镜，反射镜，第一镀金抛物面镜，第二镀金抛物面镜，和热致电图像米集器的相对位置； 全息图HiUy)和背景图像BiUy)的负像素消除、正像素叠加的重建预处理过程:当共m帧全息图氏(1，7)中负像素出现的频率大于阈值ε时，替换取值为-1:
2.根据权利要求1所述的一种连续太赫兹波的同轴数字全息相位复原成像方法,其特征在于:平均复用帧数m在热致电图像采集器采样频率为48Hz时的帧数为125帧或125帧的倍数。
【文档编号】G03H1/12GK103513557SQ201310475603
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】戎路, 王大勇, 王云新, 黄昊翀, 万玉红, 江竹青 申请人:北京工业大学