CN102981390B - 在轴外全息照相中对物体波的准确重构的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制备表示物体的图像的数字全息图的方法和装置，包括步骤：产生第一参考光束；将反射的测量光束引导到光学传感器；将第一参考光束引导到第一镜，并将反射的光束引导到该光学传感器，使得两光束产生干涉；提供干涉图案的数字信号；处理该信号获得数字全息图；使该数字全息图经历空间频率域中的傅立叶变换获和第一共轭图像能级的光谱；滤波获得表示物体的能级；产生第二参考光束；将第二参考光束引导到第一镜，并将反射的光束引导到光学传感器；产生第二图像能级和第二图像能级的共轭；以及替换与DC能级重叠的第一图像能级的部分。

Description

在轴外全息照相中对物体波的准确重构的装置
技术领域
本发明涉及为了实时3D测量使用数字全息显微术的数字全息照相术的振幅和定量相位成像。
背景技术
数字全息照相术是用于不仅记录振幅图像而且记录相位图像的与正常成像技术相对的有效工具。数字全息照相术的主要优点显然源自于仅用单个图像对目标的实时3D测量。另外，即使样本不在最佳焦点处或者光学系统包括光行差(aberration)时，数字全息照相术也允许重构物体波(object wave)的振幅和相位。
基于这些优点，最近，数字全息照相术已经广泛用在工业和科学领域，尤其是应该实时监视活体细胞的振幅和相位图像的生物医学领域。在制造工业产品时，数字全息照相术可以利用外形上以及断层地对产品的实时检查而显著提高生产量。
数字全息照相术的原理开始于基于两步骤处理、记录和重构的传统全息照相术。在记录处理中，来自物体的散射波与参考波相干涉，并且干涉图案被记录在感光介质中，即其产生“全息图”。在记录处理之后，通过用相同的参考波照射全息图而不是物体来实行物体波的重构。
与此类似，数字全息照相术还具有与传统全息照相术相同的过程，但是其使用摄像机或者光学传感器作为记录介质。此外，数字全息图允许数字(numerical)图像重构，其中虚拟地模拟物理重构波，并且可以通过数字波传播来恢复物体波。
根据光学配置，即参考波和测量波之间的对准，数字全息照相术(DH)通常可以被分类为轴外DH和成直线(in-line)DH。为了避免与物体波能级(term)重叠的DC能级(零阶衍射)和成对的图像能级(物体波的共轭)，轴外DH使用在参考波和测量波之间具有倾斜角度的空间调制和空间滤波技术。没有了成直线DH采取来消除那些噪声影响的工作，轴外DH允许从全 息图重构样本的振幅和相位图像。
另一方面，成直线DH通常采取诸如相位偏移的其他技术来从全息图仅提取物体波。固有地，成直线DH失去了在应用中的诸如实时测量能力的主要力量，尽管成直线DH允许清晰地重构图像。近来，为了克服此限制，已经提出基于空间相位偏移设备的平行光路长度偏移DH用于实时测量。但是，此方法受到CCD相机或者光学传感器中的可用像素数量的限制。
在最广泛用于工业和科学领域中的轴外(off-axis)DH中，由参考镜的倾斜引起的图像的空间调制被引入数字全息图中，如图1所示，并且其用于在空间频率域中提取物体波的滤波处理。图1所示的配置包括光源1、如像激光光源、光束分离器3、位于光源1和光束分离器3之间的聚光透镜2、参考镜5、第一物镜4、成像透镜6、光学传感器7、第二物镜8和样本的保持架9。
光源1发射第一参考光束10，其穿过聚光透镜2、光束分离器3、第一物镜4、参考镜5，在参考镜5处其被发射，再次穿过第一物镜4、光束分离器3，在光束分离器3处参考光束偏转到成像透镜6，并且其遇到光学传感器7。
此外，光源1发射测量光束11，其穿过聚光透镜2，被光束分离器3偏转，穿过第二物镜8，遇到样本9，被样本9反射，再次穿过第二物镜8、光束分离器3、成像透镜6，最终遇到传感器7以与第一参考光束10一起形成干涉图案。
轴外配置的主要优点是与诸如成直线数字全息照相术和相位偏移数字全息照相术的其他配置相反，利用单个全息图获得物体波。在通过轴外几何学获得包含干涉条纹的数字全息图之后，可以通过在空间频率域中的傅立叶变换获得全息图的二维光谱，其中干涉的不同能级对良好分离做出贡献。被绘出为在图5A的中心中的光谱的DC能级的光谱表示参考波和物体波(没有干涉能级)的强度的光谱。
干涉能级的空间频率定位为关于图像的中心对称。其到中心的距离依赖于入射倾斜角，其必须足够大以确保DC能级与那些干涉能级完全分离。然后可以在空间频率域中过滤掉不想要的能级，并且可以仅提取并获得物体波，尽管不管是否使用高分辨率相机，空间频率都受到限制。在滤波之后，通过以平面波作为参考波对全息图的数字重构而获得物体的振幅和相位图像。
更具体地，现有技术公开了制备表示物体的图像的数字全息图的方法，该方法包括步骤：通过光源产生相干测量光束和第一相干参考光束；通过测量光束照射物体并将被物体反射的测量光束引导到光学传感器；将第一参考光束引导到在对于第一参考光束的光轴以不同于90°的角度以下延伸的第一镜，并将被第一镜反射的第一参考光束引导到光学传感器，使得测量光束和第一参考光束一起在传感器上产生干涉图案；读出光学传感器并提供表示在光学传感器上产生的干涉图案的数字信号；处理该数字信号以获得数字全息图；使该数字全息图经历空间频率域中的傅立叶变换以获得包括DC能级、第一图像能级和第一共轭图像能级的二维光谱；并且使得到的光谱经历滤波以获得表示物体的能级。
轴外DH中最重要的过程是消除其他能级、即DC能级(零阶)和成对的图像能级(共轭波)并从数字全息图获得高质量物体波的空间滤波处理。
T.M.Kreis描述了从全息图中抑制DC能级的简单方法(T.M.Kreis和W.P.P.Jüptner，“Suppression of the dc term in digital holography”(“抑制数字全息图中的dc能级”)，Opt.Eng.36，2357-2360，1997年)。此方法在于从数字全息图中减去平均强度，这允许从重构的图像中仅消除所谓的DC能级。其是从全息图中减少DC能级的简单方式，但是在大多数情况下是不足够的。例如，如果通常在全息图平面中物体波强度不是恒定的，则用此方法不能消除物体波引起的DC能级。
E.Cuche提出以带通滤波器的形式使用的已知为空间滤波的改进的方法(E.Cuche等人，“Spatial filtering for zero-order and twin-image elimination in digitaloff-axis holography”(用于数字轴外全息图中的零阶和成对图像消除的空间滤波)，Appl.Opt.39(23),4070-4075，2000年)。
Cuche等人的美国专利号US6262818介绍了两种方式的空间滤波方法；一种作为使用FFT在空间频率域中的带通滤波方法，另一种作为基于4-f系统的光学空间滤波方法。这些方法依赖于DC能级和期望的能级被很好地分离使得可以通过滤波抑制DC能级的关键假设。但是，它们也受这两方面限制；一个是某一比例的光谱可以是可用的，另一个是空间滤波通常需要人工介入来选择期望的阶。
在Kim等人的美国专利号US6809845中公开了使用另外的图像实现有效率波的另一方法。在此方法中，除了系统中的全息图之外，还获得参考波强度和物体波强度，这些用于通过简单的减法去除全息图的DC能级。
但是其需要诸如光束阻挡器(beam blocker)的另外的硬件，并且应该记录除了全息图之外的两个更多的图像。在此情况下，假设环境条件和系统参数应该保持恒定。
最近，已经引入了非线性重构技术(N.Pavillon等人，“Suppression of thezero-order in off-axis digital holography through nonlinear filtering”(通过非线性滤波对轴外数字全息图中的零阶的抑制)，Appl.Opt.48(34),H186-H195,2009年)。其使能实现在轴外DHM中的准确无零阶重构，即使零阶和物体波光谱重叠。非线性滤波技术在对数字全息图的两个实际假设下工作；首先，物体波的光谱应该被限制为傅立叶域的象限，第二，物体波的强度应该比参考波的小得多。
但是，小强度的物体波可能降低干涉条纹的可见性并甚至降低信噪比(SNR)，这可能导致其他错误。这意味着此方法的有效性在实际应用中是有限的。
另一方面，公开了通过采用在迭代过程中的波前重构期间获得的信息抑制零阶能级(N.Pavillon等人，“Iterative method for zero-order suppression in off-axisdigital holography”(“轴外数字全息图中的零阶抑制的迭代方法”)，Opt.Express 18(15),15318-15331，2010年)。从而，使能够实现DC能级抑制而不用关于物体的任何现有知识。
但是，此技术花费计算时间，直到达到可接受的错误级作为其限定。
发明内容
本发明的目标是提供允许物体波的重构的方法和装置，其中消除通过全息图的傅立叶变换获得的二维光谱中的DC能级与第一图像能级的重叠引起的现象。
此目标通过涉及以上、进一步包括以下步骤的种类的方法来实现：产生被适配为避免与第一参考光束的干涉的第二相干参考光束；将第二参考光束引导到第一镜，并将被该第一镜反射的光束引导到光学传感器，其中第二参考光束从光源到传感器的路径具有与第一参考光束的等效路径的长度不同的长度；在空间频率域中的傅立叶变换的二维光谱中产生第二图像能级和第二图像能级的共轭；以及由第二图像能级的相应部分替换与DC能级重叠的第一图像能级的部分。
此方法避免了现有技术的缺点，因为与DC能级的表示重叠的物体波的表示的部分被不与DC能级重叠的物体波的表示的相应部分替换。
除了以上提及的方法之外，本发明还涉及用于制备表示物体的数字全息图的装置，该装置包括：光源，被适配为产生相干测量光束和第一相干参考光束；光学传感器；第一镜，在与其光轴的不同于π/2的角度下延伸；保持架，保持物体；读和处理单元，连接到光学传感器，用于读出光学传感器并提供表示在光学传感器上投射的干涉图案的数字信号；光导单元，被适配用于将测量光束从光源引导到在保持架中保持的物体；用于将被物体反射的测量光束引导到光学传感器；用于将第一参考光束从光源引导到第一镜；以及用于将被该第一镜反射的第一参考光束引导到该光学传感器，使得在光学传感器上产生干涉图案，其中该读和处理单元被适配为：处理该数字信号以获得数字全息图；使该数字全息图经历空间频率域中的傅立叶变换以获得包括DC能级、第一图像能级和第一共轭图像能级的二维光谱；以及使得到的光谱经历滤波以获得表示物体的能级，其中该光源被适配为产生被适配为避免与第一参考光束的干涉的第二相干参考光束，其中该光导单元被适配为将第二参考光束引导到第一镜，并将被该第一镜反射的光束引导到光学传感器，其中第二参考光束从光源到传感器的路径具有与第一参考光束的等效路径的长度不同的长度，以及其中该读和处理单元被适配为通过第二图像能级的相应部分来替换与DC能级重叠的第一图像能级的部分。
第一优选实施例提供了以上涉及的种类的方法，其中由第二图像能级的相应部分替换与DC能级重叠的第一图像能级的部分通过以下步骤来实行：使图像的数字表示经历傅立叶变换进入空间频率域中；使得到的图像的空间频率光谱经历空间频率滤波，使得两个物体波的表示仍存在；使两个物体波的表示经历逆傅立叶变换到空间频率域中；使得物体波的表示经历应用两个参考光束；使得到的图像的表示经历傅立叶变换；由第二图像的相应部分替换第一图像的重叠的光谱部分；以及使第一图像的光谱区域经历逆傅立叶变换。
尽管未排除用于替换能级的其他方法，但是上述优选法方提供了进行此替换的有效方式。
类似的考虑对以上涉及的种类的装置也有价值，其中该读出和处理单元 被适配为通过以上所述的步骤来通过第二图像能级的相应部分替换与DC能级重叠的第一图像能级的部分。
如上所述，本发明要求第一和第二参考光束不相互干涉。存在产生这样的光束的几种可能性，但是根据优选实施例，第一参考光束和第二参考光束相互正交地偏振(polarized)。正交偏振提供了一组光束，其中两个参考光束不相互干涉，但是其中参考光束的任一个与测量光束的干涉是可能的。
尽管未排除其他实现方式，但是此实施例优选通过如下方法实现：其中第一和第二参考光束由相同的光源产生并且其中两个参考光束经历相互正交的起偏振器。
在如下的装置中获得相同的优点，其中该光导单元包括在第一参考光束的路径中的第一起偏振器、在第二参考光束的路径中的第二起偏振器，并且其中第一和第二起偏振器正交地起偏振。
为了允许在第二参考光束和测量光束之间产生的干涉图案与第一参考光束和测量光束之间的干涉图案不同，除了避免相互干涉的要求之外，第一和第二参考光束必须具有不同的特性
根据优选实施例，实现了经由与第二参考光束的轴垂直地延伸的第二镜引导第二参考光束。此实施例还提供了包括与第二参考光束的轴垂直地延伸的第二镜的装置，该光导单元被适配为经由该第二镜引导第二参考光束。
尽管本发明提供了用于由不与DC能级重叠的第二图像能级的相应部分替换与DC能级重叠的第一图像能级的部分的良好解决方案，但是首先重叠的部分不许充分小以被替换。具体地，其应该不大于光束的全部表示的一半。为了实现此，进一步优选的实施例提供了第一图像能级的实际部分的模等于第一图像能级的虚拟部分的模的特征。
根据有吸引力的结构上的实现方式，该光导单元包括具有第一光轴和第二光轴的光束分离器，光源位于第一光轴上，第一光轴上的参考镜在与光源侧相对的一侧处，光学传感器位于第二光轴上，以及保持架被适配为将物体定位于第二光轴上与光纤传感器侧相对的一侧。
之前的权利要求涉及全息图的制备。为了享有本发明的全部优点，本发明还提供了重构表示物体的图像的方法。
在此，优选实施例提供了重构由通过以上涉及的方法获得的数字全息图表示的物体的图像的方法，其中数字全息图经历作为参考波的平面波的数字 表示，并且数字地执行重构。
另一实施例提供了这样的方法，其中表示物体的图像被数字地处理以获得数字高度图。
本发明还可以应用在光学相干X射线断层照相术中，根据相应的方法，该测量光束被适配为至少部分地穿透物体并在物体中产生散射光束，以及其中散射光束与第一和第二测量光束组合以在光学传感器上形成干涉图案。
此方法允许收集来自物体的上层的信息。
此外本发明可以应用于干涉测量。因而在空间方法中，测量光束以及第一和第二参考光束聚焦在物体上，并且在由第二图像能级的相应部分替换与DC能级重叠的第一图像能级的部分期间，省略向图像的表示应用两个参考波。
根据以下给出的详细描述以及仅通过例示给出的附图将变得更全面地理解本发明的以上和其他目标、特征和优点，因此它们不将被认为是限制本发明。
附图说明
图1是示出轴外数字全息照相术的现有技术光学配置的图；
图2是典型的轴外数字全息照相术的重构过程的流程图；
图3是示出根据本发明的轴外DH的光学配置的图；
图4是具有低相干光源的根据图3的图；
图5A和5B是分别示出根据现有技术和本发明的全息图的空间频率内容的两个图；
图6是根据图2的流程图，其中已经应用了两个参考波；
图7A和7B是电子电路图像的2D强度图像和3D高度图；
图8A是现有技术轴外DH的数字全息图；
图8B是图8A中绘出的全息图的空间光谱，其中矩形指示包括物体波的象限；
图9是物体波的空间光谱，其中虚线圆圈指示物体波的空间频率内容；
图10A是重构的2D强度图像；
图10B是重构的3D高度图；
图11A是根据本发明的轴外DH的数字全息图；
图11B是图11A中绘出的全息图的空间光谱；
图12是根据本发明提取的物体波的空间光谱；
图13A是根据本发明的重构的2D强度图像；
图13B是根据本发明的重构的3D高度图；以及
图14是绘出将本发明的特征应用于X射线断层照相术的图。
具体实施方式
图1公开了轴外数字全息照相术的现有技术配置，其中从相干物体波(O)和相干参考波(R)之间的干涉获得全息图。然后，二维(2D)强度分布(IH)可以表达为：
IH(x,y)＝(R+O)(R*+O*)＝|R|2+|O|2+R*O+RO* (1)
其中R*和O*表示两个波的复共轭。
在记录全息图之后，可以通过用重构波(reconstruction wave)U照射全息图来获得重构的波(reconstructed wave)(ψ)如下：
ψ＝IH·U＝|R|2U+|O|2U+R*OU+RO*U (2)
等式(2)的前两能级形成衍射的零阶，有时称为DC能级。第三和第四能级由干涉能级产生，并且它们产生物体的两个共轭或成对的图像。第三能级(R*OU)产生位于物体(物体平面)的初始位置处的虚拟图像，第四能级(RO*U)产生位于全息图的另一侧(图像平面中)的实际图像。
如果通过用参考波的复制本(U＝R)照射全息图来进行重构，则等式(2)的第三能级变为物体波的复制本乘以参考强度(|R|2O)。相反，如果U＝R*，则第四能级是共轭物体波的复制本乘以参考强度(|R|2O*)。
对于物体波的重构。应该从原始全息图仅提取第三能级，如等式(2)所示。在轴外DH的情况下，可以通过傅立叶变换获得空间频率域中的全息图的二维光谱，使得可以容易地进行提取，因为通过空间调制，干涉的不同能级产生良好分离的效果。然后，可以用诸如带通滤波或者非线性滤波的几种技术过滤掉等式(2)的不希望的能级，并且可以仅提取并获得第三能级。
图2示出典型的轴外DH的重构过程。
但是，如前所述，从全息图提取的物体波仍然具有由DC能级和物体波能级之间的重叠区域引起的一些噪声。甚至，非线性滤波方法可能受到其在实际应用中的操作条件的限制。
在本发明中，给出了用于在轴外DH中提取物体波的新颖有效的空间滤波技术。其是基于在单个图像中同时获取两个数字全息图，它们可以通过独特的空间调制而被分离。换句话说，使用具有不同空间调制方向的两个参考波(R1和R2)来记录数字全息图，这与典型地仅使用一个参考波的典型轴外DH相反。
从而，每个参考波可以产生每个与物体波的干涉。注意到，两个参考波之间的干涉不应该被包括在包含两个全息图的此图像中。例如，实践中这可以通过使用正交偏振的光或者使用低相干性源来实现，如图3和图4所示。
图3公开了与图1所示的配置基本一致的配置，但是其中第二光束分离器15位于第一物镜4和参考镜5之间。进一步提供了第二参考镜16，其光学地连接到第二光束分离器15。此配置允许不仅处理测量光束11和第一参考光束10，而且处理第二参考光束12。
在此，第二参考光束经由第二光束分离器15被引导到第二镜16，允许所有三个光束10、11和12遇到图像传感器7。这还允许产生两个干涉图案，即测量光束和第一参考光束之间的第一干涉图案以及测量光束和第二参考光束之间的第二干涉图案。为了禁止出现两个参考光束10、12之间的相互干涉，优选例如通过使用偏振光束分离器作为第二光束分离器15而使这两个光束正交地偏振。
图4绘出一个实施例的结构，其中使用其他特征来避免参考光束之间的相互干涉。在此实施例中，光源是低相干性光源21。来自此光源的低相干性光可以通过界定(definition)限制干涉范围。图4中绘出的此实施例的结构等同于先前实施例的结构，但是其中第二参考镜16的位置已经被调整以避免两个参考光束之间的干涉以及—当然—使用低相干性光源。
结果，此方法中包含两个全息图的图像(I2H)可以表达为：
I2H(x,y)＝|R1|2+|O|2+|R2|2+|O|2+R1 *O+R1O*+R2 *O+R2O* (3)
类似于等式(2)，等式(3)的前四能级意味空间频率域中的零阶衍射(或DC能级)。第五和第六能级是R1的干涉能级，其空间频率关于空间频率域中的图像的中心对称分布。另一方面，第七和第八能级是R2的干涉能级，其空间频率也对称分布。在此情况下，由于R1和R2的不同空间调制，这四个干涉能级在空间频率域中可以空间上分离。优选在此方法中每个能级位于调整了参考镜的倾斜角的域的每个象限中，并且在硬件中这不是什么专门的工作。
事实上，在典型的轴外DH中提取物体波的主要困难在是由空间频率域中的DC能级和干涉能级(物体波及其共轭)之间的重叠区域引起的，如图5A所示。
但是，在本发明中，第一全息图中的DC能级和物体波之间的重叠区域可以用第二全息图中的物体波的非重叠区域替换，因为图像包含其中记录了相同物体波的两个全息图。例如，R1 *O的重叠区域(物体波(R1 *O)频率内容的左下象限)可以用R2 *O的非重叠区域替换，如图5B所示。这是基于以下事实：参考波的空间调制频率可以位于该域中的对角轴中，并且重叠区域的大部分被置于DC能级和物体波之间的物体波的空间频率内容的一个象限中。
实践中，可以在将(与每个参考波相同的)每个重构波加到每个带通滤波后的物体波之后进行此操作。换句话说，可以使用两个参考波分别获得两个物体波。理论上它们应该相同，但是由于重叠区域而稍微不同。根据这两个物体波，然后，重叠区域中的一个物体波的空间频率分量被用非重叠区域中的另一物体波的空间频率分量替换。在大多数情况下，此方法可以提供更好的振幅和相位信息，因为除了参考波的小空间频率调制或者具有高空间频率分量的高度刚性(stiff)物体之外，重叠区域是物体波的空间频率内容的一个象限。
即使在最坏的情况下，此方法也可以比其他方法减少更多重叠错误。从而，在轴外DH中使用另一参考波使得可以给出另外的物体波的第二全息图用第二全息图中的空间频率域中的非重叠区域来替换第一全息图中的DC能级和物体波之间的重叠区域。
在使用此新的滤波方法获得全息图平面中的准确物体波之后，在数字上基于分级衍射理论，该波从全息图平面传播回到物体波平面。通过采用菲涅耳近似，可以从全息图平面中的物体波(ψH)计算重构的物体波(ψO)为：
其中λ是波长，d是全息图平面和物体平面之间的距离。(xO,yO)和(xH,yH)分别指物体平面和全息图平面的二维坐标。
F{}表示空间域中的2-D傅立叶变换。A是由参考波和重构波的振幅确定的任意数字。根据得到的波(ψO)，可以拆分物体的振幅和相位图像，最 终从相位图像获得3D表面高度图。
图6示出在本发明中利用两个参考波重构准确的物体波的整个过程。为了证实本发明的有效性，利用基于带通滤波的典型空间滤波和利用两个参考波的新的滤波技术来进行轴外DH的模拟。为了产生数字全息图，使用如图7A和7B所示的电子电路图像(181×181像素)。图7A示出电路的2D强度图像，图7B给出电路的3D高度图。假设最大高度为100nm以避免模糊问题。物体平面和全息图平面之间的距离是2mm。
在典型的轴外DH中，仅一个参考波被用于干涉，并且可以在全息图平面上获得数字全息图，如图8A所示。在该全息图中，用倾斜的参考波调制干涉能级。然后，在应用2D傅立叶变换的空间频率域中，数字全息图可以拆分DC能级、物体波及其共轭，如图8B所示。包括物体波(R*O)的象限是左下象限。
为了从该全息图中提取物体波，包括物体波的象限仅被带通滤波，并且与参考波相同的重构波被应用于过滤后的能级以去除空间调制频率。图9示出物体波的空间光谱。如图9所示，在虚线圈之外的滤波后区域中添加了DC能级，这意味着物体波的大部分空间频率内容。进一步的带通滤波可以应用于此光谱以去除DC能级，但是，如前所述，其限制了物体波的可用光谱，并且通常需要人工介入来选择期望的级。
在对物体波滤波之后，最后的步骤是使用等式(4)数字上传播物体波。在结果中，重构了2D强度图像和3D高度图，如图10A和10B所示。注意到，图像的边缘被切趾(apodized)以去除在数字传播期间由图像的边缘引起的衍射影响。图10A和10B显示了主要由于剩余的DC能级引起的重构的图像中的一些伪像。
另一方面，从本发明的新的轴外DH获得的图像包含两个全息图，其指通过不同空间调制的两个可区别的干涉，如图11A所示。
在空间频率域中，出现两个物体波能级(R1 *O和R2 *O)及其共轭(R1O*和R2O*)能级。左下象限包括利用第一参考波(R1 *O)的物体波，左上象限包括利用第二参考波(R2 *O)的物体波。然后，在将每个参考波应用为重构波之后，使用两个物体波光谱，R1 *O中的包括左下象限的上部分的DC能级的区域被用R2 *O中的左上象限的上部分替换，该左上象限的上部分不包括DC能级。因为利用此过程消除了DC能级，所以得到的物体波的空间频率不 受DC能级的影响，如图12所示。
图13示出在应用通过本发明的新的技术提取的物体波的数字传播之后重构的2D强度图像和3D高度图。与通过图10A和10B所示的传统的方法重构的图像相比，确认图像具有更好的质量并且其不包括任何在图10A和10B中出现的伪像。
最后，图14绘出了其中将本发明的特征应用于X射线断层照相术的情况。在此背景中的X射线断层照相术中，理解对物体的上层的研究。在此措辞“X射线断层照相术”具有与此措辞的更普遍的使用不同的含义，以指示其中通过穿透辐射检查身体以及其中身体相对于穿透辐射源及其检测器旋转的过程。
在本发明中使用具有穿透上层达某种程度并经历上层内的散射的这种特性的光束。散射光束进一步经历与之前的实施例中的反射光束相同的过程。
将很清楚，在所附权利要求的范围内，对以上公开的实施例的各种变化是可能的。
本发明以上所述的过程可以由具有执行计算机可读程序的CPU、ROM和RAM的计算机进行。
可以使用任意类型的非暂时计算机可读介质存储程序并将其提供给计算机。非暂时计算机可读介质包括任意类型的实际存储介质。非暂时计算机可读介质的例子包括磁存储介质(比如软盘、磁带、硬盘驱动器等)、光磁存储介质(例如磁光盘)、CD-ROM(致密盘只读存储器)、CD-R(致密盘可记录)、CDR/W(致密盘可写)和半导体存储器(比如掩码ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、快闪ROM、RAM(随机存取存储器)等)。可以使用任意类型的非暂时计算机可读介质将程序提供给计算机。非暂时计算机可读介质的例子包括电信号、光信号和电磁波。暂时计算机可读介质可以经由有线通信线(例如电线和光纤)或无线通信线将程序提供给计算机。
根于如此描述的本发明，将显然本发明的实施例可以按许多方式变化。这样的变化将不被认为脱离本发明的精神和范围，并且将对本领域技术人员显而易见的所有这样的修改意图包括在以下权利要求的范围内。
本申请是基于2011年9月2日提交的欧洲专利申请号11179946.6，并要求其优先权的权益，其公开通过参考全部合并于此。

Claims (12)

1.一种制备表示物体的图像的数字全息图的方法，该方法包括以下步骤：
产生测量光束和第一参考光束；
通过测量光束照射物体并将被物体反射的测量光束引导到光学传感器；
将所述第一参考光束引导到以倾斜角度反射第一参考光束的第一参考镜，并将被该第一参考镜反射的第一参考光束引导到所述光学传感器，使得被物体反射的测量光束和被所述第一参考镜反射的第一参考光束一起在所述光学传感器上产生第一干涉图案；
产生第二参考光束，其被适配为避免与所述第一参考光束干涉；
将所述第二参考光束引导到第二参考镜，并将被该第二参考镜反射的第二参考光束引导到所述光学传感器，使得被所述物体反射的测量光束和被所述第二参考镜反射的第二参考光束一起在所述光学传感器上产生第二干涉图案，其中第二参考光束从光源到所述光学传感器的路径具有与第一参考光束从所述光源到所述光学传感器的路径不同的长度；
读出光学传感器并提供表示在光学传感器上产生的第一干涉图案和第二干涉图案的数字信号；
处理该数字信号以获得数字全息图；
使该数字全息图经历空间频率域中的傅立叶变换以获得包括DC能级、第一图像能级、第一共轭图像能级、第二图像能级、第二共轭图像能级的二维光谱，其中从第一干涉图案中得出第一图像能级和第一共轭图像能级，从第二干涉图案中得出第二图像能级和第二共轭图像能级；
使得到的二维光谱经历滤波以获得所述第一图像能级和所述第二图像能级；
由第二图像能级的部分替换第一图像能级中由DC能级重叠的部分，所述第二图像能级的所述部分对应于第一图像能级中由DC能级重叠的和未由DC能级重叠的部分。
2.根据权利要求1的方法，其中第一参考光束和第二参考光束相互正交偏振。
3.根据权利要求2的方法，其中第一参考光束和第二参考光束由相同的光源产生并且它们经历相互正交的起偏振器。
4.根据权利要求1的方法，其中第二参考镜与第二参考光束的轴垂直地延伸。
5.根据权利要求1的方法，其中第一图像能级的实际部分的模等于第一图像能级的虚拟部分的模。
6.一种用于重构由通过根据权利要求1的方法获得的数字全息图表示的物体的图像的方法，其中该数字全息图经历作为参考波的平面波的数字表示，并且数字地执行所述重构。
7.根据权利要求6的方法，其中表示物体的图像被数字地处理以获得数字高度图。
8.根据权利要求1的方法，其中该方法应用在X射线断层照相术中，
该测量光束被适配为至少部分地穿透物体并在物体中产生散射光束，以及
散射光束与第一和第二测量光束两者组合以在光学传感器上形成干涉图案。
9.一种用于制备表示物体的数字全息图的装置，该装置包括：
光源，被适配为产生测量光束和第一参考光束；
光学传感器；
第一参考镜；
第二参考镜；
保持架，保持物体；
读和处理单元，连接到光学传感器，用于读出光学传感器并提供表示投射在光学传感器上的干涉图案的数字信号；
光导单元，被适配用于：
将来自光源的包括第一参考光束和测量光束的光分离为所述第一参考光束和测量光束；
将测量光束从光源引导到在保持架中保持的物体；
将被物体反射的测量光束引导到光学传感器；
将所述第一参考光束引导到以倾斜角度反射第一参考光束的第一参考镜；以及
将被该第一参考镜反射的第一参考光束引导到该光学传感器，使得被物体反射的测量光束和被所述第一参考镜反射的第一参考光束一起在所述光学传感器上产生第一干涉图案；
产生第二参考光束，其被适配为避免与所述第一参考光束干涉；
将所述第二参考光束引导到第二参考镜，
将被该第二参考镜反射的第二参考光束引导到所述光学传感器，使得被所述物体反射的测量光束和被所述第二参考镜反射的第二参考光束一起在所述光学传感器上产生第二干涉图案，其中第二参考光束从所述光源到所述光学传感器的路径具有与第一参考光束从所述光源到所述光学传感器的路径不同的长度；
其中该读和处理单元被适配为：
处理该数字信号以获得数字全息图；
使该数字全息图经历空间频率域中的傅立叶变换以获得包括DC能级、第一图像能级、第一共轭图像能级、第二图像能级、第二共轭图像能级的二维光谱，其中从第一干涉图案中得出第一图像能级和第一共轭图像能级，从第二干涉图案中得出第二图像能级和第二共轭图像能级；
使得到的二维光谱经历滤波以获得该第一图像能级和该第二图像能级；
由第二图像能级的部分替换第一图像能级中由DC能级重叠的部分，所述第二图像能级的所述部分对应于第一图像能级中由DC能级重叠的和未由DC能级重叠的部分。
10.根据权利要求9的装置，其中该光导单元包括在第一参考光束的路径中的第一起偏振器、在第二参考光束的路径中的第二起偏振器，并且第一和第二起偏振器正交地起偏振。
11.根据权利要求9的装置，其中第二参考镜与第二参考光束的轴垂直地延伸。
12.根据权利要求9的装置，其中该光导单元包括具有第一光轴和第二光轴的光束分离器，所述光源位于第一光轴上，
第一光轴上的第一参考镜在与光源侧相对的一侧，
光学传感器位于第二光轴上，以及
保持架被适配为将物体定位于第二光轴上与光纤传感器侧相对的一侧。
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