一种可见光域双物距叠层成像方法与流程

技术特征：

1.一种可见光域双物距叠层成像方法，其特征在于：实现该方法的系统光路包括可调谐半导体激光器(1)、显微物镜(2)、针孔(3)、凸透镜(4)、光阑(5)、三维平移台(6)、样品(7)、二维平移台(8)、CMOS图像传感器(9)；

可调谐半导体激光器(1)用于输出中心波长为660nm的可见光波(1a)；在显微物镜(2)与针孔(3)的作用下变为发散的球面波(3a)，将针孔(3)置于凸透镜(4)的焦距处，球面光波经过凸透镜(4)就变为平行光(4a)，这样就完成的扩束准直，在凸透镜(4)的后面放置光阑(5)，通过调节光阑(5)的小孔的直径，来调节光束(5a)的宽度，将这个平行光束(5a)入射到样品(7)上，样品(7)置于三维平移台(6)上，三维平移台(6)设置在调节光阑(5)之后；利用三维平移台(6)实现对样品(7)的位置调整，使得光束依次对样品(7)的每一位置进行横向扫描，同时相邻照明光斑之间有确定的交叠率，二维平移台(8)设置在三维平移台(6)之后，CMOS图像传感器(9)设置在二维平移台(8)上，通过样品(7)后的出射光波(7a)传播到CMOS图像传感器(9)上；分别采集到不同位置的样品衍射图样，然后移动二维平移台(8)，改变样品(7)到CMOS图像传感器的距离，然后再次采集不同位置的样品(7)衍射图样；当记录距离为d₁时，每一个位置记录一幅衍射图样，j表示采集的幅数(j＝1,2,···,m)，m为整数，用表示采样的顺序，r′记录面I的坐标分布，R_j表示记录的衍射图的的顺序；横向扫描完样品的每一位置，纵向移动二维平移台(8)，记录距离为d₂时，再次横向扫描完样品的每一位置，每一个位置记录一副衍射图样，j表示采集幅数(j＝1,2,···,m)，用表示采样的顺序，r″记录面II的坐标分布；

提高分辨率迭代方法包括九步步骤：

(1)通过探测器得到的整幅衍射图尺寸为1024×1024像素，其中，d_i表示记录距离(i＝1,2)，R_j表示记录的衍射图的的顺序(j＝1,2,···,m)，共记录m幅衍射图，r′记录面I的坐标分布；

(2)从在开始横向扫描重建，首先对样品和探针的复振幅值进行猜测，分别表示为O_n,j(r)和P_n,j(r)，n表示迭代次数；探针的出射光波通过样品后为样品的复振幅值和探针复振幅值的乘积即ψ_n,j(r)＝P_n(r-R_j)O_n,j(r)；这里r和r′分别表示物面和记录面的空间坐标分布；

(3)将透过样品的光波ψ_n,j(r)经角谱传播d₁，到探测器平面，得到记录面I的复振幅值为即

${\mathrm{\Ψ}}_{n,j,d_1}\left(r^{\′}\right)={\mathrm{ASP}}_{n,j,d_1}\left\{{\mathrm{\ψ}}_{n,j}\left(r^{\′}\right)\right\}=F^{-1}\left\{F\left\{{\mathrm{\ψ}}_{n,j}\left(r\right)\right\}\exp \[j2{\mathrm{\πd}}_1\sqrt{{\left(\frac{1}{\mathrm{\λ}}\right)}^2-{q_x}^2-{q_y}^2}\]\right\}$

其中，F和F^-1分别表示傅里叶变换和逆傅里叶变换，d₁为物面到记录面的传播距离，q_x、q_y为空间频率；

(4)用探测器采集到的强度衍射图的均方根代替第(3)步中的振幅，得到新的复振幅分布

${\mathrm{\Ψ}}_{n,j,d_1}^{\′}\left(r^{\′}\right)=\sqrt{I_{d_1}(r^{\′},R_j)}\frac{{\mathrm{\Ψ}}_{n,j,d_1}\left(r^{\′}\right)}{\left|{\mathrm{\Ψ}}_{n,j,d_1}\left(r^{\′}\right)\right|}$

(5)采用角谱算法(ASP)将更新得到的记录面的复振幅回传到物面，得到新的物面的场分布ψ′_n,j(r)；通过两个更新函数更新初始猜测的物体和探针，样品的更新函数为：

这里，α权重系数，取值一般在[0.9,1]之间，实验中取值为0.98；探针的更新函数：

$P_{n,j+1}\left(r\right)=P_{n,j}\left(r\right)+\mathrm{\β}\frac{O_{n,j}^{*}(r-R_j)}{|O_{n,j}^{*}(r-R_j){|}_{max}^2}\[{\mathrm{\ψ}}_{n,j}^{\′}\left(r\right)-{\mathrm{\ψ}}_{n,j}\left(r\right)\]$

这里，β权重系数，取值在[0.9,1]之间，实验中取值为0.98；

(6)采用新的更新物函数和探针函数的乘积作为通过物体后出射光波的复振幅，扫描第j+1个位置，更新步骤(3)中的复振幅ψ_j+1,n(r)，从步骤(3)至步骤(6)继续扫描，直至扫描完成第m个位置，即扫描完成整个物面，得到更新的物函数，进行第(7)步；

(7)添加物面的约束条件更新物函数，物面的约束条件为：

$\left|{O^{\′}}_n\left(r\right)\right|=\left\{\begin{array}{cc}\left|O_n\left(r\right)\right|,& \left|O_n\left(r\right)\right|\≤1\\ 1,& \left|O_n\left(r\right)\right|\>1\end{array}\right.$

所以，

(8)将更新的函数O_n(r)重新作为物体的猜测函数，探针的更新函数采用第(5)步得到的更新函数P_n(r)，此时，透过样品的光波ψ_n,j(r)，通过角谱传播d₂，到记录面II上，得到记录面II的复振幅值为即再次完成上述第(3)步到第(8)步；特别注意上述第(3)步到第(8)步的传播距离这时已经由d₁更新为d₂；当再一次的更新完成之后，在将传播距离再次更新为d₁，依次迭代；

(9)整体迭代10次后，得到更新得到高分辨率的整副物体图像的吸收和相位分布。