本發(fā)明專利技術(shù)涉及全息成像技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種單幀相移離軸數(shù)字全息相位確定方法及裝置，包括：對(duì)原始離軸全息圖進(jìn)行預(yù)處理，生成離軸全息圖；處理離軸全息圖獲得具有不同相移量的第一離軸全息圖和第二離軸全息圖；分別對(duì)離軸全息圖、第一離軸全息圖和第二離軸全息圖進(jìn)行圖像處理，得到含有實(shí)像信息的原始復(fù)振幅結(jié)果、第一復(fù)振幅結(jié)果和第二復(fù)振幅結(jié)果；根據(jù)原始復(fù)振幅結(jié)果、第一復(fù)振幅結(jié)果和第二復(fù)振幅結(jié)果模擬生成僅含載波信息的參考光圖；將僅含載波信息的參考光圖與原始離軸全息圖相乘，通過濾波算法濾除掉高頻載波信息后得到待測(cè)樣品的相位信息。通過數(shù)字相移技術(shù)和濾波技術(shù)，只需單幀離軸全息圖即可實(shí)現(xiàn)離軸數(shù)字全息技術(shù)的高質(zhì)量重建。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及全息成像，具體而言，涉及一種單幀相移離軸數(shù)字全息相位確定方法及裝置。
技術(shù)介紹
1、根據(jù)物光和參考光之間是否存在夾角，將數(shù)字全息技術(shù)分為同軸數(shù)字全息技術(shù)和離軸數(shù)字全息技術(shù)。同軸數(shù)字全息可充分利用圖像傳感器的空間帶寬利用率，具有較高的分辨率，但實(shí)像譜、零級(jí)譜和共軛像譜相互重疊，需要采集多幅相移全息圖才能實(shí)現(xiàn)三維重建，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。離軸數(shù)字全息通過在物光和參考光之間引入了夾角，實(shí)現(xiàn)了實(shí)像譜、零級(jí)譜和共軛像譜在頻譜分離，可以實(shí)現(xiàn)在單次曝光中獲取波前，提高了系統(tǒng)的時(shí)間或空間效率，適用于動(dòng)態(tài)樣本的高精度測(cè)量。
2、現(xiàn)有技術(shù)之一，提出了一種基于多導(dǎo)數(shù)的離軸數(shù)字成像方法，該方法通過三階導(dǎo)數(shù)關(guān)系式重建出被測(cè)樣品的相位信息。但為了消除像差等畸變信息，需額外采集一幅無樣品全息圖，且要求無樣品全息圖的畸變信息與含有樣品信息全息圖的畸變信息保持一致。因此，該方法對(duì)采集裝置提出了較高的要求，其普適性較低。
3、現(xiàn)有技術(shù)之另一，提出了一種基于外推迭代和kronecker插值的提高單幀離軸全息圖分辨率的方法，該方法將迭代技術(shù)和插值技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了離軸數(shù)字全息技術(shù)的高質(zhì)量重建。但其算法復(fù)雜度高，需要犧牲更多的時(shí)間成本來獲取高質(zhì)量成像。
4、據(jù)此可以看出，現(xiàn)有的相移離軸數(shù)字全息相位確定方法對(duì)采集的系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高、對(duì)光路對(duì)準(zhǔn)的精度要求嚴(yán)苛，計(jì)算復(fù)雜度較大。同時(shí)，由于采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍有限，在物體高度變化較大的情況下易出現(xiàn)相位信息丟失或失真，致使多幀圖像的需求在動(dòng)態(tài)環(huán)境中難以保持穩(wěn)定性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)公開的目的在于提供一種單幀相移離軸數(shù)字全息相位確定方法、裝置、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)和電子設(shè)備，能夠解決上述提到的至少一個(gè)技術(shù)問題。具體方案如下：
2、根據(jù)本專利技術(shù)公開的具體實(shí)施方式，本專利技術(shù)第一方面提供一種單幀相移離軸數(shù)字全息相位確定方法，?對(duì)含有待測(cè)樣品信息的原始離軸全息圖進(jìn)行預(yù)處理，生成離軸全息圖；
3、對(duì)所述離軸全息圖進(jìn)行處理，獲得具有不同相移量的第一離軸全息圖和第二離軸全息圖；
4、分別對(duì)所述離軸全息圖、第一離軸全息圖和第二離軸全息圖進(jìn)行二維傅里葉傅里葉變換、帶通濾波和二維傅里葉逆變換，得到含有實(shí)像信息的原始復(fù)振幅結(jié)果、第一復(fù)振幅結(jié)果和第二復(fù)振幅結(jié)果；
5、根據(jù)所述含有實(shí)像信息的原始復(fù)振幅結(jié)果、第一復(fù)振幅結(jié)果和第二復(fù)振幅結(jié)果模擬生成僅含載波信息的參考光圖；
6、將所述僅含載波信息的參考光圖與所述原始離軸全息圖相乘，通過濾波算法，濾除掉高頻載波信息后得到所述待測(cè)樣品的相位信息。
7、優(yōu)選地，所述對(duì)含有待測(cè)樣品信息的原始離軸全息圖進(jìn)行預(yù)處理生成離軸全息圖，包括：
8、通過離軸數(shù)字全息裝置獲取含有待測(cè)樣品信息的原始離軸全息圖
i
0，表達(dá)式為：
9、；
10、其中，
a為直流項(xiàng)；
11、
b為干涉條紋的調(diào)制項(xiàng)；為相位；
12、
k
x為所述原始離軸全息圖沿
x方向的載波頻率；
13、
?k
y為所述原始離軸全息圖沿
y方向的載波頻率；
14、除掉所述原始離軸全息圖包含的零級(jí)衍射像信息生成離軸全息圖，表達(dá)式為：
15、。
16、優(yōu)選地，所述對(duì)所述離軸全息圖進(jìn)行處理，獲得具有不同相移量的第一離軸全息圖和第二離軸全息圖，包括：
17、利用數(shù)字相移技術(shù)將所述離軸全息圖向第一方向移動(dòng)m個(gè)像素，得到第一離軸全息圖；
18、利用數(shù)字相移技術(shù)將所述離軸全息圖向第二方向移動(dòng)n個(gè)像素，得到第二離軸全息圖。
19、優(yōu)選地，對(duì)所述離軸全息圖進(jìn)行處理，獲得具有不同相移量的第一離軸全息圖和第二離軸全息圖，包括：
20、利用數(shù)字相移技術(shù)將所述離軸全息圖向左移動(dòng)1個(gè)像素，得到第一離軸全息圖：
21、；
22、利用數(shù)字相移技術(shù)將所述離軸全息圖向上移動(dòng)1個(gè)像素，得到第二離軸全息圖：
23、。
24、優(yōu)選地根據(jù)所述含有實(shí)像信息的原始復(fù)振幅結(jié)果、第一復(fù)振幅結(jié)果和第二復(fù)振幅結(jié)果模擬生成僅含載波信息的參考光，包括：
25、將所述第一復(fù)振幅結(jié)果與所述原始復(fù)振幅結(jié)果相除，得到離軸全息圖沿
x方向的載波頻率，表達(dá)式為：；
26、將所述第二復(fù)振幅結(jié)果與所述原始復(fù)振幅結(jié)果相除，得到離軸全息圖沿
y方向的載波頻率，表達(dá)式為：；
27、其中，
c為含有實(shí)像信息的原始復(fù)振幅結(jié)果；
28、為含有實(shí)像信息的第一復(fù)振幅結(jié)果；
29、為含有實(shí)像信息的第二復(fù)振幅結(jié)果；
30、表示虛部，表示實(shí)部。
31、將所述離軸全息圖沿
x方向的載波頻率和離軸全息圖沿
y方向的載波頻率模擬生成僅含有載波信息的參考光圖。
32、優(yōu)選地，所述將所述僅含載波信息的參考光圖與所述原始離軸全息圖相乘，通過濾波算法濾除掉高頻載波信息后得到所述待測(cè)樣品的相位信息，包括：
33、將所述僅含載波信息的參考光圖與所述原始離軸全息圖相乘，使用均值濾波器進(jìn)行平滑插值得到所述待測(cè)樣品的相位信息。
34、優(yōu)選地，將所述僅含載波信息的參考光與所述原始離軸全息圖相乘，通過濾波算法濾除掉高頻載波信息后得到所述待測(cè)樣品的相位信息，包括：
35、將所述僅含載波信息的參考光圖與所述原始離軸全息圖相乘，使用雙三次插值濾波器進(jìn)行平滑插值得到所述待測(cè)樣品的相位信息。
36、根據(jù)本專利技術(shù)公開的具體實(shí)施方式，本專利技術(shù)第二方面公開一種單幀相移離軸數(shù)字全息相位確定裝置，包括：
37、圖像預(yù)處理單元，用于對(duì)含有待測(cè)樣品信息的原始離軸全息圖進(jìn)行預(yù)處理，生成離軸全息圖；
38、圖像處理單元，用于對(duì)所述離軸全息圖進(jìn)行處理，獲得具有不同相移量的第一離軸全息圖和第二離軸全息圖；
39、圖像變換單元，用于分別對(duì)所述離軸全息圖、第一離軸全息圖和第二離軸全息圖進(jìn)行二維傅里葉變換、帶通濾波和二維傅里葉逆變換，得到含有實(shí)像信息的原始復(fù)振幅結(jié)果、第一復(fù)振幅結(jié)果和第二復(fù)振幅結(jié)果；
40、圖像生產(chǎn)單元，用于根據(jù)所述含有實(shí)像信息的原始復(fù)振幅結(jié)果、第一復(fù)振幅結(jié)果和第二復(fù)振幅結(jié)果模擬生成僅含載波本文檔來自技高網(wǎng)
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種單幀相移離軸數(shù)字全息相位確定方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)含有待測(cè)樣品信息的原始離軸全息圖進(jìn)行預(yù)處理生成離軸全息圖，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)所述離軸全息圖進(jìn)行處理，獲得具有不同相移量的第一離軸全息圖和第二離軸全息圖，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，?所述對(duì)所述離軸全息圖進(jìn)行處理，獲得具有不同相移量的第一離軸全息圖和第二離軸全息圖，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述含有實(shí)像信息的原始復(fù)振幅結(jié)果、第一復(fù)振幅結(jié)果和第二復(fù)振幅結(jié)果模擬生成僅含載波信息的參考光圖，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將所述僅含載波信息的參考光圖與所述原始離軸全息圖相乘，通過濾波算法濾除掉高頻載波信息后得到所述待測(cè)樣品的相位信息，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將所述僅含載波信息的參考光圖與所述原始離軸全息圖相乘，通過濾波算法濾除掉高頻載波信息后得到所述待測(cè)樣品的相位信息，包括：
8.一種單幀相移離軸數(shù)字全息相位確定裝置，其特征在于，包括：
9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法。
10.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種單幀相移離軸數(shù)字全息相位確定方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)含有待測(cè)樣品信息的原始離軸全息圖進(jìn)行預(yù)處理生成離軸全息圖，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)所述離軸全息圖進(jìn)行處理，獲得具有不同相移量的第一離軸全息圖和第二離軸全息圖，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，?所述對(duì)所述離軸全息圖進(jìn)行處理，獲得具有不同相移量的第一離軸全息圖和第二離軸全息圖，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述含有實(shí)像信息的原始復(fù)振幅結(jié)果、第一復(fù)振幅結(jié)果和第二復(fù)振幅結(jié)果模擬生成僅含載波信息的參考光圖...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：尹志宇，王瑋，李文昊，劉兆武，于宏柱，孫宇佳，王新宇，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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