基于已知先验信息约束的叠层成像技术的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种已知待测样品周围一部分先验信息情况下的叠层成像技术。它将待测样品周围放置已知信息的样本，在测量平面内以叠层扫描的方式依次进行扫描，并用图像传感器记录下相应的系列强度图像；通过对所记录的系列强度图像进行处理，并使用基于已知周围先验信息的叠层扫描迭代算法，可以在计算机中获得待测样品的复振幅图像。通过周围已知的先验信息的约束，本发明恢复的图像更为精确，收敛速度更快，同时具有较好的抗平移抗噪声能力，有效地解决了传统叠层成像中对平移台规格要求过高的问题，极大地降低了成本。本发明成像效率高，移植性好，可适用于各种反射型或透射型物体的成像。
【专利说明】基于已知先验信息约束的叠层成像技术
【技术领域】
[0001] 本发明设及成像技术，具体设及一种将待测样品周围放置一些已知先验信息的物 体，并将已知物和样品一起扫描的叠层成像。
【背景技术】
[000引 由Ptychography原理的基本实现方式及希腊词根"Ptych"的含义，本发明将 Ptychography暂译为叠层成像技术。叠层成像技术是一种无透镜的扫描相干衍射成像系 统，为了获取待测样品的复振幅信息，移动一个全透的小圆孔（或样品本身）使入射平面波 照射到样品的不同部位，并利用由此得到的一系列衍射强度图样通过计算机叠层迭代算法 重建出样品的振幅与位相信息。参见扣Itramicroscopy 10(3) ;187?198,1987)。叠层 迭代算法本质上属于一种相位恢复算法，但是它又与传统的相位恢复算法不同，在对每个 位置的衍射分布进行相位恢复时都进行了约束，解决了重建图像的二义性问题。同时，叠层 成像术的基本实现是照明探针即小圆孔与样品的相对移动，属于无透镜成像，因而系统的 复杂度显著降低。
[0003] 然而，用现有的叠层成像技术进行成像时主要受限于=个因素；（1)扫描孔径无 法达到精确的对准，不可避免地会有一定的平移误差，从而影响实验结果；(2)外界光线等 噪声W及系统自带噪声也会使恢复出的实验结果不理想；（3)当扫描孔径存在平移误差的 情况下，收敛速度有一定的提高空间。参见（Acta化ystallogr;A 25,495,1969)。目前 叠层成像主要采用高规格的电动平移台来降低平移误差，但是该方案使得实验成本大幅增 力口，同时仍然存在一定的系统噪声，影响成像的质量。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服现有技术的不足，解决现有叠层成像技术中平移误差W 及系统噪声影响实验结果的问题，同时使收敛速度进一步增快。
[0005] 本发明的目的可通过W下技术措施实现：
[0006] 首先用激光器照射待测样品，并将其在物平面内按叠层扫描的方式进行平移，用 图像传感器依次记录下各扫描位置所对应的振幅强度图像；随后在计算机上对记录的振 幅强度图像进行基于已知先验信息的叠层迭代算法处理，重现出待测样品各层的复振幅图 像。
[0007] 所述叠层扫描是该样一种扫描方式，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。
[000引本发明所用成像算法为基于已知先验信息的叠层扫描迭代重建算法，它的具体实 现过程为：
[0009] 算法；
[0010] (1)在计算机上对样品做初始猜测为〇in(x，y)。（初始时i = 1为迭代次数，n = 1为第一个probe)。
[0011] 似物体由照明探针P"(X，y)照明后传输到CCD面上：
[001引 WinU，n) = M\,d[Pn(x，y) ? 0in(x，y)] (1)做将由 CCD 的拍摄到的光强分 布?v/J作为约束条件带入到迭代恢复过程中：
[0013]
【权利要求】
1. 一种在已知待测样品周围部分先验信息情况下的叠层成像技术，其成像过程包括以 下步骤： 第一步，在待测样品周围放置已知信息的样本； 第二步，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强度图像； 第三步，使用基于已知周围先验信息的叠层扫描迭代算法重建待测样品的复振幅图 像。
2. 如权利要求1中所使用的已知周围先验信息的叠层扫描迭代重建算法，其特征在 于，在已知待测样品周围的图像信息的基础上对待测样品进行迭代重建，通过已知信息的 约束，使得扫描过程中抗平移误差能力更强，同时也有更好的抗噪声能力。
3. 如权利要求1中所使用的已知周围先验信息的叠层扫描迭代重建算法，其特征在 于，通过已知信息的约束，使得恢复样本信息图像的收敛速度更快。
4. 如权利要求1、2和3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。
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中所述的已知待测样品周围一部分先验信息情况下的叠层成像技术， 可适用于各种反射型或透射型物体的成像。
【文档编号】G01C11/02GK104501781SQ201410654564
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】史祎诗, 张骏, 李拓, 王雅丽, 高乾坤, 陈岳东 申请人:中国科学院大学