面向成像视场增大的叠层扫描数字全息术的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种面向成像视场增大的叠层扫描数字全息术。它将待测样品在测量平面内以叠层扫描的方式依次进行平移，并用图像传感器记录下相应的全息图；通过使用基于叠层扫描的数字全息重建算法对记录的系列全息图进行处理，可以获得待成像样品增大了视场的复振幅图像。由于叠层扫描提供了相邻视场间的信息冗余度约束，因此本发明有效地解决了大视场数字全息成像中的视场拼接和图像融合问题。同时，全息记录的数据处理方式也使得叠层迭代本身的收敛速度和抗噪声干扰能力得到较大幅度地提升。本发明成像效率高，可移植性好，可适用于各种透射型或反射型物体的相位定量测量和显微成像。
【专利说明】面向成像视场增大的叠层扫描数字全息术
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种扩大视场的数字全息术，具体涉及一种将待测样品在物平面内以叠层扫描(Ptychographic scanning)的方式来平移以扩大视场的数字全息术。
【背景技术】
[0002]数字全息(Digital Holography)使用数字式相机(如CO))代替照相干板来拍摄物体的全息图，省去了化学上的湿法处理。其最大的优势是能够直接在计算机上定量分析待测样品的振幅和位相，而且还可以较方便地对探测过程中的一些误差信息进行抑制处理，因此引起了业内学者很大的研究兴趣，得到了较快的发展，它在三维形貌测量、生物显微成像和粒子场测量等领域有着广泛的应用前景。
[0003]但是，由于数字全息光路中使用的CCD的感光芯片尺寸有限(毫米量级)，因此它的视场范围也相应较小，这成为数字全息成像系统的一个主要缺陷之一，很大程度上限制了它的应用前景。为了消除该项缺陷，主要的办法是移动物体或CCD以接收更多的待测样品信息，并将全息图合成来扩大视场。如发明专利CN200410016479提出了一种高分辨率大视场数字全息装置，实用新型专利CN200420082611和CN201020599373进一步提出了合成大尺寸全息图的装置系统。但在这些方法中，由于记录的是不同样品区域的全息图，因此视场拼接就成为一个比较突出和困难的问题。特别是当系统存在一些移动误差时，二维图像融合的难度会进一步加大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服现有技术的不足，在增大数字全息视场的同时解决视场拼接中的图像融合问题。
[0005]本发明的目的可通过以下技术措施实现:
[0006]第一步，将待测样品在物平面内按叠层扫描的方式进行平移，并用图像传感器依次记录下各扫描位置所对应的全息图；第二步，使用基于叠层扫描的数字全息算法对全息图进行处理，在计算机上得到待测样品的大视场复振幅图像。
[0007]所述叠层扫描是这样一种扫描方式，待测样品在物平面内依次平移一定的距离，平移时需保证相邻平移位置间待测样品上被光束照明的区域内存在一定的交叠。该交叠区域即提供了相邻视场内信息冗余度的约束，以解决视场拼接中的图像融合问题。
[0008]上述技术措施的具体描述如下:
[0009](I)叠层扫描数字全息术的记录。
[0010]待测样品0(x，y)被照明探针Pn(x，y) (n=l，2，3...表示不同的扫描位置)照明并传播至图像传感器CXD上，因此CXD上物光的复振幅为:
[0011]Ocn( ξ , n)=FrTAjd[pn(x, y).0(x, y) ] (I)
[0012]其中FrT为菲涅尔变换算符，λ为所用激光的波长，d为衍射距离。设参考光为R,则(XD拍摄的全息图可表不为:[0013]
【权利要求】
1.一种面向成像视场增大的叠层扫描数字全息术，其成像过程包括以下步骤: 第一步，将待测样品在物平面内以叠层扫描的方式进行平移，并用图像传感器依次记录各扫描位置所对应的全息图； 第二步，使用基于叠层扫描的数字全息算法对全息图进行处理，在计算机上得到待测样品的大视场复振幅图像。
2.如权利要求1中所使用的基于叠层扫描的数字全息重建算法，其特征在于，该算法既解决了数字全息的视场拼接和图像融合问题，又提高了叠层迭代的收敛速度和抗噪声干扰能力。
3.如权利要求1和2中所述的叠层扫描，其特征在于，待测样品在物平面二维坐标内依次平移一定的距离完成扫描，并保证相邻平移位置间待测样品上被光束照明的区域内存在一定的交叠。
4.如权利要求1中所述的全息图处理，其特征在于，对于标定的特殊扫描位置，处理全息图得到物体在记录平面上的衍射复振幅信息，而对于一般扫描位置，则处理全息图得到物体的衍射振幅强度信息。
5.如权利要求1、2和3中所述的叠层扫描，其特征在于，可以根据实际照明光束和待测样品的相对大小进行优化设计。
6.如权利要求1中所述的面向成像视场增大的叠层扫描数字全息术，可适用于各种透射型或反射型物体的相位定量测量和显微成像。
【文档编号】G03H1/08GK103838124SQ201410025075
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】史祎诗, 高乾坤, 王雅丽, 李拓 申请人:中国科学院大学