專利名稱：一種基于可變光瞳的高分辨率光學掃描全息切片成像方法
技術領域：
本發(fā)明屬于 光學掃描領域，具體的說，涉及一種基于可變光瞳的高分辨率光學掃描全息切片成像方法。
背景技術：
光學掃描全息技術，簡稱0SH，是一種基于菲涅爾波帶板掃描的非傳統(tǒng)成像技術，即通過二維光學掃描實現對目標的高分辨率三維成像，它在生物醫(yī)學成像、熒光物體成像、三維全息電視系統(tǒng)以及光學遙感等領域都有廣泛的應用前景。而通過光學掃描全息技術獲得的二維全息圖，包含了物體完整的三維信息，因此在光學掃描全息技術中對物體全息圖的一個重要分析處理步驟就是物體的切片成像，即物體任意二維切面的圖像重構。而物體任意二維切面圖像重構中的難點在于如何消除來自物體其他層面的噪聲，即離焦噪聲。切片成像是一個典型的圖像處理中的逆問題，同時也是一個不適定問題。文獻‘OpticalScanning Holography with MATLAB’提出了一種傳統(tǒng)的切片成像方法，即用物體的全息圖與待重構切片處的菲涅爾波帶板共軛進行卷積運算，從而實現切片成像，但由于無法消除隔離噪聲，因此其應用受到極大的制約。文獻 ^Three-dimensional microscopy and sectional image reconstructionusing optical scanning holography’介紹了一種逆成像算法,此迭代算法能夠實現軸向分辨率為I毫米左右的切片成像，并能有效抑制離焦噪聲，但其無法在更小的軸向尺寸下實現良好成像。文獻 iDepth resolution enhancement in optical scanning holography witha dual-wavelength laser source’提出了一種利用雙波長激光器提高切片成像軸向分辨率的方法，其利用輸出波長分別為632nm和543nm的激光器，獲取兩組物體全息圖，進而將軸向分辨率提高至2. 5微米左右，但由于在光學系統(tǒng)中同時工作的兩個不同波長引入了較大的噪聲，導致其實用性受到極大限制。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于降低切片成像中的離焦噪聲，提出一種基于可變光瞳的高分辨率光學掃描全息切片成像方法，利用兩個不同的菲涅爾波帶板對同一個待測物體進行掃描，獲取兩組全息圖，從而為切片成像這一不適定逆問題引入了更多的線性方程組，實現及高分辨率的切片成像。本發(fā)明采用的技術方案如下
一種基于可變光瞳的高分辨率光學掃描全息切片成像方法，包括以下步驟
(I)第一偏振分束器將同一光源發(fā)出的光分為兩束，第一束光通過第一光瞳形成平面
波，第二束光經過聲光調制器產生Ω的平移后再通過第二光瞳形成球面波，將平面波和
第一球面波通過第二偏振分束器聚光，聚合后在待測物體上產生干涉形成第一菲涅爾波帶板；
(2)利用二維掃描鏡控制第一菲涅爾波帶板的偏轉，從而實現對待測物體的第一次二維掃描，得到包含切片信息P的第一矩陣方程；
(3)調節(jié)空間光調制器的電壓，使第二光瞳產生偏移；
(4)第一偏振分束器將同一光源發(fā)出的光分為兩束,第一束光通過第一光瞳形成球面波，第二束光通過聲光調制器產生 的平移后再通過偏移后的第二光瞳形成第二球面波，將平面波和第二球面波通過第二偏振分束器聚光，聚合后再待測物體上產生干涉形成第二菲涅爾波帶板；
(5)利用二維掃描鏡控制第二菲涅爾波帶板的偏轉，從而實現對待測物體的第二次二維掃描，得到包含切片信息妒的第二矩陣方程；
(6)將第一矩陣方程和第二矩陣方程整合，使切片成像過程轉化為一個最小線性方程，并且根據共軛梯度算法,求解出切片信息Ψ。其中，所述步驟(I)中所述第一菲涅爾波帶板為
權利要求
1.一種基于可變光瞳的高分辨率光學掃描全息切片成像方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)第一偏振分束器將同一光源發(fā)出的光分為兩束，第一束光通過第一光瞳形成平面波，第二束光經過聲光調制器產生Ω的平移后再通過第二光瞳形成第一球面波，將平面波和第一球面波通過第二偏振分束器聚光，聚合后在待測物體上產生干涉形成第一菲涅爾波帶板； (2)利用二維掃描鏡控制第一菲涅爾波帶板的偏轉，從而實現對待測物體的第一次二維掃描，得到包含切片信息Ψ的第一矩陣方程； (3)調節(jié)空間光調制器的電壓，使第二光瞳產生偏移； (4)第一偏振分束器將同一光源發(fā)出的光分為兩束,第一束光通過第一光瞳形成平面波，第二束光通過聲光調制器產生Ω的平移后再通過偏移后的第二光瞳形成第二球面波，將平面波和第二球面波通過第二偏振分束器聚光，聚合后在待測物體上產生干涉形成第二菲涅爾波帶板； (5)利用二維掃描鏡控制第二菲涅爾波帶板的偏轉，從而實現對待測物體的第二次二維掃描，得到包含切片信息Ψ的第二矩陣方程； (6)將第一矩陣方程和第二矩陣方程整合，使切片成像過程轉化為一個最小線性方程，并且根據共軛梯度算法,求解出切片信息Ψ。
2.根據權利要求I所述的一種基于可變光瞳的高分辨率光學掃描全息切片成像方法，其特征在于，所述步驟(I)中所述第一菲涅爾波帶板為 K U，y, -) = -J -^ exp(；—(T +V2))(I)Ιπζ Iz 其中X，y, z代表空間坐標，k為光的波數，z為待測物體到二維掃描鏡的距離。
3.根據權利要求2所述的一種基于可變光瞳的高分辨率光學掃描全息切片成像方法，其特征在于，所述步驟(2)中待測物體為兩個離散切片的集合，兩個切片的軸向位置分別為Z1和z2，因此得到第一矩陣方程的具體實現方式如下 (2a)將待測物體進行第一次二維掃描，得到第一二維全息圖(Λ y) = V； Z1 )|2 * h' (X，V； Z1 )+|勿 X，V； Z2 )|2 * h' (X, >，; 二2) (2) 其中復函數爐為該待測物體的幅度信息，同時*代表二維卷積； (2b)將第一菲涅爾波帶板在Z1和Z2處的值分別轉換為矩陣H1(Z1)和H1(Z2)； (2c)將第一二維全息圖與矩陣H1 (Z1)和氏(22)結合起來得到第一矩陣方程 Γ Γ 妁 G1 =Hl(Zl)IfZl +H1(Z2)IfZ2 +H1=IH1(Z1) H1(Z2)I +W1 =H^nl 其中Ii1為高斯白噪聲，該高斯白噪聲是長度為N2的一維矢量矩陣。
4.根據權利要求3所述的一種基于可變光瞳的高分辨率光學掃描全息切片成像方法，其特征在于，調節(jié)電壓后，光瞳的偏移距離為X(l、10，因此第二菲涅爾波帶板為
5.根據權利要求4所述的一種基于可變光瞳的高分辨率光學掃描全息切片成像方法，其特征在于，所述步驟(5)中得到第二矩陣的具體實現方式與步驟(2)得到第一矩陣的具體實現方式相同，因此第二矩陣方程為下式
6.根據權利要求5所述的一種基于可變光瞳的高分辨率光學掃描全息切片成像方法，其特征在于，所述步驟(6)中求解出切片信息Ψ的方法如下 (6a)將第一矩陣方程和第二矩陣方程整合，得到
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于可變光瞳的高分辨率光學掃描全息切片成像方法，屬于光學掃描領域，主要解決了現有技術中對任意二維切片的圖像重構時存在較大離焦噪聲的缺陷。本發(fā)明利用二維掃描鏡控制第一菲涅爾波帶板的偏轉，從而實現對待測物體的第一次二維掃描，得到第一矩陣方程；并在偏移了第二光瞳后控制第二菲涅爾波帶板的偏轉，從而實現對待測物體的第二次二維掃描，得到第二矩陣方程；然后將兩個矩陣方程結合，再引入共軛梯度算法實現切片成像。通過上述方案，本發(fā)明實現了高精度的切片成像，大大減少了離焦噪聲，適用于各個求得切片成像的光學領域。
文檔編號G03H1/12GK102920438SQ20121042264
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權日2012年10月30日
發(fā)明者歐海燕, 王秉中 申請人:電子科技大學