一種連續(xù)太赫茲波的同軸數(shù)字全息相位復原成像方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種同軸數(shù)字全息成像方法，特別是涉及一種連續(xù)太赫茲波的同軸數(shù)字全息相位復原成像方法。包括完成全息圖和背景圖的負像素消除、正像素疊加的重建預處理過程和累加全息圖歸一化重建預處理過程。其相位重建迭代算法包括四步步驟：完成插值缺失數(shù)據(jù)，記錄面到物面的太赫茲復振幅傳播，消除孿生像的波前振幅閾值處理，物面?zhèn)鞑セ赜涗浢娉槿≌袼叵辔粩?shù)據(jù)集完成重建。通過計算得到的物體復振幅被用作下一輪迭代計算的輸入值，迭代過程為步驟二開始至步驟四，多次迭代的最終效果將消除孿生像，得到高保真度的物面復振幅。
【專利說明】一種連續(xù)太赫茲波的同軸數(shù)字全息相位復原成像方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種同軸數(shù)字全息成像方法，特別是涉及一種連續(xù)太赫茲波的同軸數(shù)字全息相位復原成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲數(shù)字全息技術(shù)是一項發(fā)展迅速的新型成像技術(shù)，其依靠無像差衍射而無需鏡頭完成成像，相比傳統(tǒng)的焦平面成像技術(shù)其提供了更高的分辨率。在過去的十年里，研究人員使用不同的太赫茲源和探測器進行了許多有關太赫茲數(shù)字全息技術(shù)的實驗。同軸數(shù)字全息光路結(jié)構(gòu)非常簡單，需要使用的光學元件非常少，這使得其對于太赫茲成像有很大的優(yōu)勢，降低了對圖像采集器空間頻率的要求，但缺點為再現(xiàn)過程中存在共軛像。同軸數(shù)字全息的相位復原方法被提出用來消除全息術(shù)中的共軛像，在物面和記錄面上施加不同的約束條件，通過迭代計算將樣品的實像從干擾的孿生像中提取出來，得到準確的物面復振幅分布。這些技術(shù)在可見光領域得到廣泛的應用，但在太赫茲成像領域應用較少，因為克服實驗噪聲數(shù)據(jù)對圖像質(zhì)量的影響依然還是一個挑戰(zhàn)，其主要原因是由于系統(tǒng)中的熱致電相機的靈敏度低，相機記錄過程中的斬波器引起的空氣振動亦會對太赫茲波強度產(chǎn)生影響，同時由于現(xiàn)有的太赫茲波段缺乏有效的濾波整形元件支持，光束質(zhì)量較差。克服這些挑戰(zhàn)要求實驗中有更加優(yōu)化的實驗步驟和成像方法來增強全息圖的質(zhì)量，以獲取準確的物面復振幅分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種連續(xù)太赫茲波的同軸數(shù)字全息相位復原成像方法，其特征在于:
[0004]1、一種連續(xù)太赫茲波的同軸數(shù)字全息相位復原成像方法，其系統(tǒng)光路包括CO2泵浦太赫茲激光器I，He-Ne激光器2,分光棱鏡3,反射鏡4,第一鍍金拋物面鏡5、第二鍍金拋物面鏡6，樣品7，熱致電圖像采集器8。CO2泵浦太赫茲激光器I用于輸出連續(xù)太赫茲波；He-Ne激光器2用于輸出連續(xù)紅色激光；分光棱鏡3用于反射He-Ne激光器2的輸出光波2a和透射CO2泵浦太赫茲激光器I的輸出光波Ia ;反射鏡4用于偏轉(zhuǎn)CO2泵浦太赫茲激光器I和He-Ne激光器2輸出光的角度,得到反射光4a ;第一鍍金拋物面鏡5和第二鍍金拋物面鏡6組成一個擴束單元，可將反射鏡4的反射光4a直徑擴束，傳播方向平行；樣品7放置在第二鍍金拋物面鏡6和熱致電圖像采集器8之間，且需保證其被測面積小于光束直徑，光束照射在樣品7上散射的部分光波具有物體形貌信息稱為物光波7a，未散射的部分光波稱為參考光波6a,物光波7a和參考光波6a干涉形成的同軸全息圖被熱致電圖像米集器8采集，稱為全息圖HiU, y)，其中i表示采集的幅數(shù)。其它情況保持不變，在第二鍍金拋物面鏡6和熱致電圖像采集器8之間移去樣品7，熱致電圖像采集器9記錄的圖像，稱為背景圖像Bi (X，y)，其中i表示采集的幅數(shù)。分光棱鏡3用于將He-Ne激光器2的輸出光波2a順時針90度反射，依次穿過CO2泵浦太赫茲激光器I的出射窗口玻璃進入CO2泵浦太赫茲激光器I的諧振腔，在CO2泵浦太赫茲激光器I的諧振腔內(nèi)原路返回，穿過CO2泵浦太赫茲激光器I的出射窗口玻璃，豎直穿過分光棱鏡3,用于校準分光棱鏡3,反射鏡4,第一鍍金拋物面鏡5、第二鍍金拋物面鏡6，和熱致電圖像采集器8的相對位置。
[0005]2、一種連續(xù)太赫茲波的同軸數(shù)字全息相位復原成像方法，包括全息圖Hi (x, y)和背景圖像Bi (X，y)的負像素消除、正像素疊加的重建預處理過程，當共m幀全息圖Hi (x, y)中負像素出現(xiàn)的頻率大于閾值ε時，替換取值為-1:
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)太赫茲波的同軸數(shù)字全息相位復原成像方法，其特征在于: 系統(tǒng)光路包括CO2泵浦太赫茲激光器(I)，He-Ne激光器(2 )，分光棱鏡(3 )，反射鏡(4 )，第一鍍金拋物面鏡(5)、第二鍍金拋物面鏡(6)，樣品(7)，熱致電圖像采集器(8) ;0)2泵浦太赫茲激光器(I)用于輸出連續(xù)太赫茲波；He_Ne激光器(2)用于輸出連續(xù)紅色激光；分光棱鏡(3)用于反射He-Ne激光器(2)的輸出光波(2a)和透射CO2泵浦太赫茲激光器(I)的輸出光波(la);反射鏡(4)用于偏轉(zhuǎn)CO2泵浦太赫茲激光器(I)和He-Ne激光器輸出光的角度，得到反射光(4a);第一鍍金拋物面鏡和第二鍍金拋物面鏡組成一個擴束單元，將反射鏡的反射光(4a)直徑擴束，傳播方向平行；樣品放置在第二鍍金拋物面鏡和熱致電圖像采集器之間，且需保證樣品被測面積小于光束直徑，光束照射在樣品上散射的部分光波具有物體形貌信息稱為物光波(7a),未散射的部分光波稱為參考光波(6a),物光波(7a)和參考光波(6a)干涉形成的同軸全息圖被熱致電圖像采集器采集，稱為全息圖HiU, y)，其中i表示采集的幅數(shù)；其它情況保持不變，在第二鍍金拋物面鏡和熱致電圖像采集器之間移去樣品，熱致電圖像采集器記錄的圖像，稱為背景圖像BiU, y)，其中i表示采集的幅數(shù)； 分光棱鏡用于將He-Ne激光器的輸出光波(2a)順時針90度反射，依次穿過CO2泵浦太赫茲激光器的出射窗口玻璃進入CO2泵浦太赫茲激光器的諧振腔，在CO2泵浦太赫茲激光器的諧振腔內(nèi)原路返回，穿過CO2泵浦太赫茲激光器的出射窗口玻璃，豎直穿過分光棱鏡，用于校準分光棱鏡，反射鏡，第一鍍金拋物面鏡，第二鍍金拋物面鏡，和熱致電圖像米集器的相對位置； 全息圖HiUy)和背景圖像BiUy)的負像素消除、正像素疊加的重建預處理過程:當共m幀全息圖氏(1，7)中負像素出現(xiàn)的頻率大于閾值ε時，替換取值為-1:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)太赫茲波的同軸數(shù)字全息相位復原成像方法,其特征在于:平均復用幀數(shù)m在熱致電圖像采集器采樣頻率為48Hz時的幀數(shù)為125幀或125幀的倍數(shù)。
【文檔編號】G03H1/12GK103513557SQ201310475603
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】戎路, 王大勇, 王云新, 黃昊翀, 萬玉紅, 江竹青 申請人:北京工業(yè)大學