全息图像的成像方法及其系统、主控设备与流程

本发明涉及全息显微镜，特别涉及一种全息图像的成像方法及其系统、主控设备。

背景技术：

1、数字全息显微镜(digital holographic microscopy，dhm)是一种强大的显微成像技术，可以测量微小的结构，如微球和活体细胞。dhm技术能够以无创和无标签的方式记录三维场景的整个波前。通过使用诸如ccd或cmos之类的检测器，以数字方式记录和存储物光和参考光之间的干涉图案。使用二维(2d)全息图，可以使用适当的算法数值重建物体的振幅和定量相位分布。

2、在目前的数字全息显微技术中，二维成像速度是dhm的一个重要指标。然而，dhm的二维成像速度仍然受到相机采集速度的限制。dhm无法以比相机最大采集速度更快的速度捕捉微观物体的瞬态运动，并且图像的信噪比随着图像采集速度的增加而下降得更快。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种全息图像的成像方法及其系统、主控设备，旨在解决传统dhm成像速度较慢的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种全息图像的成像方法，应用于全息图像的成像系统，所述全息图像的成像方法包括：

3、将激光发射器发射至待成像样品的光束通过分束镜分成第一光束和第二光束；

4、利用空间光调制器接收所述第一光束，并将所述第一光束按预置角度反射至相机；

5、控制所述相机接收所述第一光束和所述第二光束，并根据所述第一光束和所述第二光束生成测量图像；

6、对所述测量图像进行反演并重构以得到所述待成像样品的全息图像。

7、优选地，所述根据所述第一光束和所述第二光束生成测量图像，包括：

8、根据所述第二光束生成若干场景帧；

9、根据所述第一光束生成编码掩模；

10、根据所述编码掩模对所述场景帧进行调制并映射，以得到所述测量图像的测量帧。

11、优选地，所述根据所述编码掩模对所述场景帧进行调制并映射，以得到所述测量图像的测量帧，包括：

12、根据预设公式计算所述测量帧，其中，所述预设公式为：y表示所述测量帧；n表示噪声，cb＝c(：，：，b)表示第b个编码掩模，xb＝x(：，：，b)表示与所述编码掩模相对应的场景帧，⊙表示逐元素乘积；b表示b帧。

13、优选地，所述对所述测量图像进行反演并重构以得到所述待成像样品的全息图像，包括：

14、计算所述测量图像中每一所述测量帧的测量值；

15、根据所述测量值计算相应的反演估计解；

16、根据重构算法重构所述反演估计解以得到重构估计解；

17、根据所述重构估计解生成所述全息图像。

18、优选地，所述利用空间光调制器接收所述第一光束，并将所述第一光束按预置角度反射至相机，包括：

19、控制所述空间光调制器围绕其面板法线旋转45°，使反射光平行于光台，使入射光与所述空间光调制器的面板法线保持24°。

20、优选地，在所述控制所述空间光调制器围绕其面板法线旋转45°，使反射光平行于光台，使入射光与所述空间光调制器的面板法线保持24°之后，所述全息图像的成像方法还包括：

21、控制所述相机倾斜45°，以使所述相机的像素阵列与所述空间光调制器的微反射镜单元阵列对齐。

22、优选地，所述将激光发射器发射至待成像样品的光束通过分束镜分成第一光束和第二光束，包括：

23、将所述激光发射器发射的激光光束依次经由扩束镜、第一透镜、物镜、菲涅尔双棱镜和第二透镜入射至所述分束镜；

24、均匀移动放置有所述待成像样品的样品台。

25、本发明进一步提出一种全息图像的成像系统，所述全息图像的成像系统包括激光发射器、空间光调制器、相机、分束镜和控制装置，所述分束镜设置于所述空间光调制器和所述相机之间；

26、所述激光光束经过待成像样品后入射至所述分束镜，并被所述分束镜分成第一光束和第二光束，所述第一光束入射至所述空间光调制器，并由所述空间光调制器按预置角度反射至所述相机；

27、所述控制装置用于：

28、控制所述激光发射器向所述待成像样品发射激光光束；

29、控制所述相机接收所述第一光束和所述第二光束，并根据所述第一光束和所述第二光束生成测量图像；

30、对所述测量图像进行反演并重构以得到所述待成像样品的全息图像。

31、优选地，所述全息图像的成像系统还包括设置于所述激光发射器和所述分束镜之间的第一光学装置，所述第一光学装置包括扩束镜、第一透镜、物镜、菲涅尔双棱镜和第二透镜，所述激光发射器发射的激光光束依次经由所述扩束镜、所述第一透镜、所述物镜、所述菲涅尔双棱镜和所述第二透镜入射至所述分束镜。

32、优选地，所述全息图像的成像系统还包括用于放置待成像样品的样品台，所述样品台位于所述第一透镜和所述物镜之间；所述控制装置还用于：控制所述样品台均匀移动。

33、优选地，所述控制装置还用于：

34、控制所述空间光调制器的面板绕面板法线旋转45°，以使所述第一光束入射至所述空间光调制器时，与所述面板法线之间的夹角为24°；所述相机倾斜45°安装以使所述相机的像素阵列与所述空间光调制器的微反射镜单元阵列对齐。

35、优选地，所述全息图像的成像系统还包括设置于所述分束镜和所述相机之间的第二光学装置，所述第二光学装置包括第三透镜和第四透镜，所述第二光束和被所述空间光调制器反射的第一光束依次经过所述第三透镜和所述第四透镜入射至所述相机。

36、本发明进一步还提出一种主控设备，所述主控设备包括：

37、存储器，用于存储程序指令；以及

38、处理器，用于执行所述程序指令以实现如上所述的全息图像的成像方法。

39、本发明技术方案的有益效果在于：将快照时间压缩成像(snapshot compressiveimaging，sci)技术应用在数字显微全息成像上，得到快照时间压缩数字全息显微(snapshot temporal compressive digital holographic microscopy，stc-dhm)成像系统，采用比相机的时间采样率更高的速度调制测量图像的高速帧，从每次测量图像中重构出多个帧，通过调制合适的压缩比反演出高质量的全息图像，快照压缩成像可以克服相机采集速度的限制，捕捉高速、高质量的场景，打破传统数字全息显微镜的成像速度限制，从而可以在超短时间内观测动态场景的三维相位信息的变化过程，成像速度快且清晰。

技术特征：

1.一种全息图像的成像方法，应用于全息图像的成像系统，其特征在于，所述全息图像的成像方法包括：

2.根据权利要求1所述的全息图像的成像方法，其特征在于，所述根据所述第一光束和所述第二光束生成测量图像，包括：

3.根据权利要求2所述的全息图像的成像方法，其特征在于，所述根据所述编码掩模对所述场景帧进行调制并映射，以得到所述测量图像的测量帧，包括：

4.根据权利要求2所述的全息图像的成像方法，其特征在于，所述对所述测量图像进行反演并重构以得到所述待成像样品的全息图像，包括：

5.根据权利要求1所述的全息图像的成像方法，其特征在于，所述利用空间光调制器接收所述第一光束，并将所述第一光束按预置角度反射至相机，包括：

6.根据权利要求5所述的全息图像的成像方法，其特征在于，在所述控制所述空间光调制器围绕其面板法线旋转45°，使反射光平行于光台，使入射光与所述空间光调制器的面板法线保持24°之后，所述全息图像的成像方法还包括：

7.根据权利要求1所述的全息图像的成像方法，其特征在于，所述将激光发射器发射至待成像样品的光束通过分束镜分成第一光束和第二光束，包括：

8.一种全息图像的成像系统，其特征在于，所述全息图像的成像系统包括激光发射器、空间光调制器、相机、分束镜和控制装置，所述分束镜设置于所述空间光调制器和所述相机之间；

9.根据权利要求8所述的全息图像的成像系统，其特征在于，所述全息图像的成像系统还包括设置于所述激光发射器和所述分束镜之间的第一光学装置，所述第一光学装置包括扩束镜、第一透镜、物镜、菲涅尔双棱镜和第二透镜，所述激光发射器发射的激光光束依次经由所述扩束镜、所述第一透镜、所述物镜、所述菲涅尔双棱镜和所述第二透镜入射至所述分束镜。

10.根据权利要求9所述的全息图像的成像系统，其特征在于，所述全息图像的成像系统还包括用于放置待成像样品的样品台，所述样品台位于所述第一透镜和所述物镜之间；所述控制装置还用于：控制所述样品台均匀移动。

11.根据权利要求8所述的全息图像的成像系统，其特征在于，所述控制装置还用于：

12.根据权利要求8所述的全息图像的成像系统，其特征在于，所述全息图像的成像系统还包括设置于所述分束镜和所述相机之间的第二光学装置，所述第二光学装置包括第三透镜和第四透镜，所述第二光束和被所述空间光调制器反射的第一光束依次经过所述第三透镜和所述第四透镜入射至所述相机。

13.一种主控设备，其特征在于，所述主控设备包括：

技术总结
本发明公开一种全息图像的成像方法，应用于全息图像的成像系统，包括将激光发射器发射至待成像样品的光束通过分束镜分成第一光束和第二光束；利用空间光调制器接收第一光束，并将第一光束按预置角度反射至相机；控制相机接收第一光束和第二光束，并根据第一光束和第二光束生成测量图像；对测量图像进行反演并重构以得到待成像样品的全息图像。本发明公开的成像方法能够解决传统DHM成像速度较慢的问题。此外，本发明还公开一种全息图像的成像系统及主控设备。

技术研发人员：陈冠南,请求不公布姓名,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：阿尔玻科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16