发明做进一步描述，本发明所示实例是为更完整清楚的 展示本发明，而非本发明仅能应用于此实例中，本发明可以应用于多种实施形式。
[0056] 图Ia和图Ib分别是本发明的成像方法在透射型和反射型的基于黑色支撑的叠层 成像的两种典型实施方式的光路结构图。
[0057] 图Ia是本发明在透射型的基于黑色支撑的叠层成像方法的光路结构图。该结构 包括：1、氦氖激光器，2、空间滤波器，3、准直透镜，4、孔径光阑，5、二维机械平移平台，6、待 测样品，7、载物台，8、图像传感器CXD，9、计算机。
[0058] 图Ib是本发明在反射型的基于黑色支撑的叠层成像方法的光路结构图。该结构 包括：1、氦氖激光器，2、空间滤波器，3、准直透镜，4、孔径光阑，5、二维机械平移平台，6、待 测样品，7、载物台，8、图像传感器(XD，9、计算机，10、分束镜，11、反射镜。
[0059] 其中，待测样品到图像传感器的距离为d。实验中，利用移动机械平移台添加相移 量，利用图像传感器完成叠层扫描的数据采集，利用计算机进行图像记录和处理。
[0060] 本发明包括如下步骤：首先开启氦氖激光器，激光通过空间滤波器扩束、准直透镜 准直获得入射平面波。利用孔径光阑作探针，使平面波通过探针照射到待测样品平面上。随 后，分别沿X方向和y方向移动带探针的机械平移台，对带支撑的待测样品进行叠层扫描， 在扫描待测样品的同时应保证尽量采集到样品周围黑色的支撑信息。用图像传感器CCD依 次接收各层的衍射强度图像，提取上述强度图像并利用本发明所设计的基于黑色支撑的叠 层恢复算法进行处理，最终重建得到待测样品的复振幅信息。
[0061] 图2a和图2b为实例中模拟实验引用图片，图片均为256X256像素，振幅分布为 [0, 1]，位相分布为[0, 2 π ]。其中，图2a为实例中模拟实验使用的振幅图像。图2b为实例 中模拟实验使用的相位图像。
[0062] 图3a为本实例模拟实验中基于上述振幅和相位的复振幅图像。
[0063] 图3b为本实例模拟实验探针扫描待测样品及CCD接收示意图。其中1为孔径光 阑，2为载物台，3为不可透光的遮光片，4为待测样品，5为CCD接收图像。激光通过作为扫 描探针的孔径光阑，对待测样品及周围的遮光片进行叠层扫描。当激光照射在带遮光片的 待测样品上时，无法透过被遮挡部分，此部分在CCD接收时显示为黑色，在模拟程序中此部 分振幅信息每一点的像素值均为零。为了能够更好的叠层恢复样品的复振幅图像，可以将 此部分黑色振幅信息作为支撑条件对样品起到约束作用，并在此基础上进行迭代恢复。
[0064] 图4为本实例模拟实验中的叠层扫描示意图。本实例共有4X4个扫描位置，具体 位置为 P1Q = 1，2，···，16)。
[0065] 实例中，选取照明探针半径为80像素，相邻孔径每次移动距离为50像素，交叠率 为0. 69。红色氦氖激光波长λ为632. 8nm，待测样品与图像传感器间的距离d为30mm，图 像传感器的像素大小为6. 45 μ m。
[0066] 为验证带黑色支撑的叠层成像技术的有效性，分别将实例中叠层扫描图像带入传 统叠层迭代算法和基于黑色支撑的叠层迭代算法恢复得到恢复结果，其中迭代次数为200 次，并利用相关系数的收敛曲线（correlation coefficient，Co)评价图像的恢复质量。Co 取值范围为[0, 1]，越接近1表明图像恢复质量越高。
[0067] 图5a和图5b分别为引入7%随机噪声时，采用传统叠层迭代算法恢复出的待测样 品的振幅和相位图像，图5c和图5d分别为引入7%随机噪声时，传统叠层迭代算法恢复出 的待测样品的振幅和相位的收敛曲线。
[0068] 图6a和图6b分别为引入7%的随机噪声时，采用基于黑色支撑的叠层迭代算法恢 复出的待测样品的振幅和相位图像。图6c和图6d分别为引入7%随机噪声时，基于黑色支 撑的叠层迭代算法恢复出的待测样品的振幅和相位的收敛曲线。
[0069] 同时对比图5a与图6a以及图5c与图6c可知，在引入7%的随机噪声时，基于黑 色支撑的叠层成像技术的收敛速度明显高于传统叠层成像技术。传统叠层成像技术可将振 幅信息恢复至原图像的〇. 99,而本发明中提出的叠层成像技术可将振幅信息恢复至1，即 可将原图像完全恢复出来。
[0070] 同时对比图5b与图6b以及图5d与图6d可知，在引入7%的随机噪声时，基于黑 色支撑的叠层成像技术的收敛速度明显高于传统叠层成像技术。传统叠层成像技术可将相 位信息恢复至原图像的〇. 79,而本发明中提出的叠层成像技术可将相位信息恢复至0. 89。
[0071] 通过图5a到5d与图6a到6d的实验结果对比，说明本发明所提出的基于黑色支 撑的叠层迭代恢复技术相比与传统叠层迭代恢复技术具有更强的抗噪声能力。
[0072] 图7a和图7b分别为存在3个孔径偏移时，采用传统叠层迭代算法恢复出的待测 样品的振幅和相位图像。图7c和图7d分别为存在3个孔径偏移时，传统叠层迭代算法恢 复出的待测样品的振幅和相位的收敛曲线。
[0073] 图8a和图8b分别为存在3孔径偏移时，采用基于黑色支撑的叠层迭代算法恢复 出的待测样品的振幅和相位图像。图8c和图8d分别为存在3个孔径偏移时，基于黑色支 撑的叠层迭代算法恢复出的待测样品的振幅和相位的收敛曲线。
[0074] 同时对比图7a与图8a以及图7c与图8c可知，存在3孔径偏移时，基于黑色支撑 的叠层成像技术的收敛速度明显高于传统叠层成像技术。传统叠层成像技术的振幅信息恢 复至原图像的0. 99,而本发明中提出的叠层成像技术可将振幅信息恢复至1，即可将原图 像完全恢复出来。
[0075] 同时对比图7b与图8b以及图7d与图8d可知，存在3孔径偏移时，基于黑色支撑 的叠层成像技术的收敛速度明显高于传统叠层成像技术。传统叠层成像技术的相位信息在 迭代200次时已不收敛，而本发明中提出的叠层成像技术可将相位信息恢复至0. 91。
[0076] 通过图7a到7d与图8a到8d的实验结果对比，说明本发明所提出的基于黑色支 撑的叠层迭代恢复技术相比与传统叠层迭代恢复技术具有更强的抗孔径位置偏移的能力。
【主权项】
1. 一种在待测样品周围镀漆或放置遮光片，通过叠层扫描获取样品周围黑色振幅图 像，并以此作为叠层恢复支撑条件的叠层成像技术，其成像过程主要为： 第一步，开启氦氖激光器，激光通过空间滤波器和准直透镜进行扩束和准直得到入射 平面波； 第二步，以孔径光阑作探针，分别沿X方向和y方向移动带探针的机械平移台，对待测 样品进行叠层扫描。扫描待测样品时，应在保证恢复效率和交叠率的同时，尽量多的采集样 品周围的黑色支撑信息，并通过图像传感器进行强度图像的提取； 第三步，利用本发明所设计的带黑色支撑待测样品的叠层恢复算法进行处理，重建待 测样品的复振幅信息。2. 如权利要求1中所使用的带黑色支撑的待测样品，其特征在于，对于透射型物体，在 待测样品周围一定面积上镀漆或放置遮光片，或在载物台上沿待测样品四周一定面积上镀 漆或放置遮光片。对于反射型物体，在待测样品周围一定面积上镀上黑色漆或放置黑色遮 光片，或在载物台上沿待测样品四周一定面积上镀上黑色漆或放置黑色遮光片。3. 如权利要求1中所使用的叠层扫描技术，其特征在于，将待测样品或探针移动一定 距离使入射平面波照射到样品的不同部位，并且需要保证相邻两次平移时照射部分有一定 面积的交叠。4. 如权利要求1中所使用的基于黑色支撑的叠层恢复技术，其特征在于，对于透射型 和反射型的基于黑色支撑的叠层成像均可适用，并属于本发明的保护范围。5. 如权利要求1、4中所使用的基于带黑色支撑的叠层恢复技术，其特征在于，通过待 测物体周围黑色振幅信息的支撑约束，在收敛速度，抗噪声性和抗孔径位置偏移性上均有 显者提尚。6. 如权利要求1、4、5中所使用的基于黑色支撑的叠层恢复技术，其特征在于，对于上 述待测样品周围所放置遮光片或所镀漆无明确限制要求，可选材料广泛，选用材料须满足 叠层扫描到的待测样品周围图像的振幅图像为黑色。本发明所用叠层恢复技术操作简单， 易于实现，成本低，实用性强。
【专利摘要】本发明公开了一种在待测样品周围镀漆或放置遮光片，通过叠层扫描同时获取周围黑色振幅信息，并以此作为叠层恢复的支撑条件的叠层成像技术。利用基于黑色支撑的叠层迭代算法可重建样品的复振幅信息。本发明可适用于反射型物体或透射型物体的成像。本发明周围采用黑色振幅图像作为约束支撑信息，能够很好的满足对图像重建精度提升的实际要求，实现成本低廉。本发明相比于传统叠层成像技术，能够得到更精确的恢复效果，同时收敛速度快，成像效率高，在抗噪声能力，抗孔径偏移能力上均有显著提升。此外具有操作简单，实用性强的优势，在光学，化学，生物医学等领域均可广泛应用。
【IPC分类】G02B27/42, G02B27/46, G02B27/00
【公开号】CN105259668
【申请号】CN201510651878
【发明人】史祎诗, 王智博, 张骏, 李拓, 王雅丽, 杨秀波
【申请人】中国科学院大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月12日