CN109358480A - 一种数字像面全息显微图的优化方法 - Google Patents

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Abstract

数字像面全息显微技术中，记录过程引入的噪声限制了轴向测量的精度和可靠性。目前对于抑噪方法的研究，主要针对高频噪声。本发明研究了一种数字像面全息显微图的优化方法，对记录噪声高频和低频部分均有抑制作用，提高重构相位的信噪比。优化方法利用数字像面全息显微技术，结合经验模态分解方法，分解处理、优化全息图。应用优化方法对标准纳米台阶的表面形貌进行测量，对比并分析优化前后全息图的频谱以及测量的高度图，证明优化方法在保证对微结构表面形貌实现可靠测量的基础上，提高了数字像面全息显微技术的重构相位信噪比。

Description

一种数字像面全息显微图的优化方法
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，尤其是涉及一种数字像面全息显微图的优化方法。
背景技术
数字像面全息显微技术(Digital Image-plane Holographic Microscopy,DIPHM)是数字全息显微技术(Digital Holographic Microscopy,DHM)的一种特例。通过在显微物镜的成像面记录全息图，得到数字像面全息显微图。相对于传统数字全息显微图，重构像面全息显微图不需要进行衍射计算，因此具有噪声低、效率高以及真正全视场重构的优势。对于像面全息图，虽然重构过程避免传统数字全息衍射计算所引入的噪声，但是对于记录过程中，记录环境以及记录器件引入噪声，导致重构相位可靠性及精度下降的问题并无改善。国内外学者优化数字全息显微技术信噪比的研究，主要集中于抑制零级像的方法以及针对重构图噪声的数字图像处理方法，例如频域滤波法、相移法、全息图相减法等抑制零级像，高斯滤波方法、小波法等抑制散斑噪声等方法。然而对于离轴数字全息技术，通过控制离轴角度，可实现零级像与实虚像的分离，使重构像免受零级像的影响；而数字图像处理方法多施加于重构后的相位或者强度图，通过对相位或强度图进行一定的平滑处理实现对噪声的抑制，提高信噪比，是在全息技术的最后阶段对重构像的优化，主要消除的是高频噪声。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种数字像面全息显微图的优化方法，以解决上述背景技术中提到的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种数字像面全息显微图的优化方法，具体包括，对像面全息图进行本征模态分解，提取第一层本征模函数，即提取全息图像中的干涉信息，实现对像面全息图的优化。
进一步的，所述优化方法具体包括
(1)将像面全息图的像素灰度值存入矩阵，矩阵的i行记为hi；
(2)计算hi数组的上下包络线，求上下包络线的数值平均值Mi；
(3)hi-Mi＝IMF1i，将所有行的IMF1i按照原行的位置组合成矩阵IMF1，IMF1即为优化后的数字像面全息显微图。
进一步的，所述优化方法还包括解析经优化的数字像面全息显微图相位，具体包括：对优化后的数字像面全息显微图进行频谱滤波，获得携带参考光载频的实像频谱
R(x,y)O*(x,y)＝IFT{W(ξ,η)FT[IIMF1(x,y)]} (1)
式中，R(x,y)O*(x,y)为含参考光载频的实像复振幅，IIMF1(x,y)为优化后的像面全息图，FT和IFT为傅里叶变换和逆傅里叶变换，W(ξ,η)为圆形窗函数，实现频谱滤波；
直接在全息图中提取的实像频谱含有相位畸变，需要进行畸变校正，校正后的物光波复振幅为
u(x,y)＝Γ(x,y)[R(x,y)O*(x,y)] (2)
式中，Γ(x,y)为校正相位畸变并拟合参考光的因子。求解不含畸变的正确相位φ(x,y)为
被测样本的形貌高度为h(x,y)
其中，λ为光源波长。
本发明的另一目的在于提出一种数字像面全息显微图的优化装置，具体技术方案如下：
一种数字像面全息显微图的优化装置，包括第一层本征模函数提取装置。
进一步的，具体包括矩阵存储装置、包络线计算装置和矩阵组合装置。
进一步的，还包括数字像面全息显微图相位解析装置。
相对于现有技术，本发明所述的一种数字像面全息显微图的优化方法具有以下优势：
本发明利用经验模态分解分解方法对数字像面全息显微图进行优化，优化过程实现了对全息图中包含物光复振幅的干涉信息的强化，对含有高频以及低频噪声的背景信息的弱化，提高相位及高度测量的信噪比；优化方法不仅降低高频噪声，消除零级像的影响，对环境背景光造成的低频噪声亦实现抑制，提高测量的稳定性和可靠性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的干涉条纹的可见度示意图；
图2为本发明实施例所述的数字像面全息显微系统光路示意图；
图3为本发明实施例所述的优化前后的标准纳米台阶数字像面全息图；
图4为本发明实施例所述的优化前(a)后(b)的频谱图；
图5为本发明实施例所述的优化前后频谱图形窗内频谱分量-归一化频谱能量统计图；
图6为本发明实施例所述的优化后标准纳米台阶的高度图；
图7为本发明实施例所述的优化前后纳米台阶轮廓线高度图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
数字像面全息显微图是数字全息显微系统中，在显微物镜聚焦成像面记录的全息干涉图。像面全息图的强度为
I(x,y)＝O(x,y)2+R(x,y)2+O*R(x,y)+OR*(x,y) (1)
式中，O(x,y)为物光波的复振幅，R(x,y)为参考光波的复振幅，O(x,y)2+R(x,y)2为零级像，O*R(x,y)+OR*(x,y)表示实像和虚像。零级像、实像和虚像在像面全息图的频谱图中分别占据三部分。参考光在全息干涉的过程中，通过引入载频使实虚像与零级像分离。实际上，频域中带有载频的实虚像频谱信息在空域中的表现即为全息图中细密的干涉条纹。干涉条纹携带有全部的物光和参考光复振幅信息。通过对干涉条纹进行解析，拟合参考光并校正物光中的相位畸变，即可获取具有正确相位信息的物光波复振幅，得到相位和样本的高度信息。
记录像面全息图时，记录环境中必然引入噪声，但环境噪声是复杂的，噪声源主要包括环境杂散光、光电记录器件的热噪声以及被测样本自身的散斑噪声等。记录环境中的环境杂散光强度相对于激光光源较弱，所引发的噪声属于低频噪声；光电记录器件的热噪声以及样本的散斑噪声属于高频噪声。因此，应在高频和低频两方面对噪声进行抑制，才能更加全面地提高相位信噪比。
实际上，在全息图中，干涉条纹已携带全部的物光复振幅信息，而上述分析的噪声存在
于除去干涉条纹的全息图背景中。因此，强化干涉信息，提取干涉条纹，弱化非干涉的背景部分，是优化像面全息图，提高信噪比的关键。
数字像面全息显微图的优化方法
经验模态分解中，本征模函数必须满足以下两个条件：
(1)函数在整个时间范围内，局部极值点和过零点的数目必须相等，或最多相差一个；
(2)在任意时刻点，局部最大值的包络(上包络线)和局部最小值的包络(下包络线)平均必须为零。
通过实践可知，干涉条纹的可见度恰好是本征模函数的理想情况，如图1所示。
因此，对像面全息图进行本征模态分解，提取第一层本征模函数(Intrinsic ModeFunction，IMF1)，即提取全息图中的干涉信息，实现对像面全息图的优化。具体的实现方法如下：
(1)将像面全息图的像素灰度值存入矩阵，矩阵的i行记为hi；
(2)计算hi数组的上下包络线，求上下包络线的数值平均值Mi；
(3)hi-Mi＝IMF1i，将所有行的IMF1i按照原行的位置组合成矩阵IMF1，IMF1即为优化后的数字像面全息显微图。
解析经优化的数字像面全息显微图相位
对优化后的数字像面全息显微图进行频谱滤波，获得携带参考光载频的实像频谱
R(x,y)O*(x,y)＝IFT{W(ξ,η)FT[IIMF1(x,y)]} (2)
式中，R(x,y)O*(x,y)为含参考光载频的实像复振幅，IIMF1(x,y)为优化后的像面全息图，FT和IFT为傅里叶变换和逆傅里叶变换，W(ξ,η)为圆形窗函数，实现频谱滤波；
直接在全息图中提取的实像频谱含有相位畸变，需要进行畸变校正，校正后的物光波复振幅为
u(x,y)＝Γ(x,y)[R(x,y)O*(x,y)] (3)
式中，Γ(x,y)为校正相位畸变并拟合参考光的因子。求解不含畸变的正确相位φ(x,y)为
被测样本的形貌高度为h(x,y)
其中，λ为光源波长。
实验系统及实验结果
数字像面全息显微系统示意图如图2所示，其中，Laser：激光光源；NF：中灰镜；BS1，BS2：分光棱镜；M1，M2：反射镜；BE1，BE2：准直扩束器；MO：显微物镜；Lens1，Lens2：透镜。
单波长反射式数字全息显微系统光路设计如图2所示，为Mach-Zehnder反射式光路。激光器Laser(XPERAY，波长选择为690nm)发出的光经过中灰滤光片NF进行衰减后，通过分光棱镜BS1分成两束相干光束，物光O和参考光R。物光臂中物光束经过准直扩束器BE1扩束。透镜Lens1与显微物镜MO(Mitutoyo,50×,N.A.＝0.42)共同作用，使物光O保持准直平行的状态照射到被测样本Sample上，经过样本反射的反射光被显微物镜MO收集并形成球面波，被光电传感器CCD(PX-2M30-L，Imperx)所接收。参考光R经过反射镜M1折转方向，准直扩束器BE2对其进行扩束。反射镜M2负责调节参考光R与物光O之间的离轴夹角，在满足记录的条件下，尽可能地扩大载频，有利于对全息图的实像信息进行提取。参考光R经过透镜Lens2形成球面波，与物光波O在CCD接收面发生干涉，此干涉图被CCD记录，即为数字全息图。当记录面正好位于重构距离为0的像面，即MO的样品聚焦面时，形成的全息图即为数字像面全息图。
本文被测样本为一标准纳米台阶(VLSI,SHS-440-QC)，其标准高度为43.2±0.6nm。利用图2所示系统，记录的数字像面全息显微图为图3(a)所示。对图3(a)进行经验模态分解获取第一层本征模态函数IMF1，即为优化信噪比的数字像面全息显微图，如图3(b)所示。图3(c)和(d)分别为图(a)(b)中黄方框部分的放大图像。
由图3(d)与图3(c)的对比可知，优化后，干涉条纹对比度更高，全息图的背景部分强度下降，因此干涉信息更为突出，强化了携带有物光复振幅的干涉部分，弱化了引起噪声的背景部分。通过对频谱的分析，这种结论更为显而易见。如图4和图5所示。
图4为优化前后，归一化的像面全息图的频谱图。图中不同颜色代表在频谱图的分量分布中，各频谱分量能量的大小，由0到1逐渐增强。图5为实像滤波圆形窗(即图4(a)(b)中白色的圆形窗部分，公式2中W(ξ,η)内，频谱能量与频谱分量的统计图。图5统计的是圆形窗内，不同频谱能量带中，频谱分量的大小。
对优化后标准纳米台阶的像面全息图进行重构，重构高度图如图6所示。测量图6中某一行的高度，对比优化前，其高度轮廓线如图7所示。
通过对图4和图5分析，可得出以下结论：
(1)对比图4(a)和(b)可知，优化后实像频谱的中心点，即包含有大部分实像复振幅信息的点，也是白色圆形窗的中心点，对比优化前，其频谱能量并未减弱，说明实像复振幅的重构能力并未因为分解优化而下降，保证了优化后相位重构的正确性；
(2)对比图4(a)和(b)可知，除去实像滤波窗中心点及虚像频谱中心点外，其余频谱分量的频谱能量均有所下降，以零级像的频谱能量下降最为明显，因此引起噪声的无论高频还是低频分量均得到能量方面的抑制，实现提高信噪比的目的；
(3)图5中，根据统计的结果，频谱窗中心点频谱能量最高，在保证频谱窗内中心点频谱能量不变的条件下，除去频谱窗中心点其他部分频谱能量整体向低移动，使得频谱窗中心点与窗内其他部分能量分布更为离散，减弱对中心点频谱重构的影响力，实现重构过程的优化。
根据图7的对比高度图，优化后，高度的测量噪声得到明显抑制，说明重构相位信噪比得到提高。优化前，纳米台阶平均高度为43.7±2.1nm，优化后平均高度为43.2±0.9nm。
本发明利用经验模态分解分解方法对数字像面全息显微图进行优化，通过对优化前后频谱以及纳米台阶高度测量结果的分析可知，优化过程实现了对全息图中包含物光复振幅的干涉信息的强化，对含有高频以及低频噪声的背景信息的弱化，提高相位及高度测量的信噪比。相比较已有研究工作，本发明不仅降低高频噪声，消除零级像的影响，对环境背景光造成的低频噪声亦实现抑制，提高测量的稳定性和可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种数字像面全息显微图的优化方法，其特征在于：具体包括，对像面全息图进行本征模态分解，提取第一层本征模函数，即提取全息图像中的干涉信息，实现对像面全息图的优化。
2.根据权利要求1所述的一种数字像面全息显微图的优化方法，其特征在于：所述优化方法具体包括
(1)将像面全息图的像素灰度值存入矩阵，矩阵的i行记为hi；
(2)计算hi数组的上下包络线，求上下包络线的数值平均值Mi；
(3)hi-Mi＝IMF1i，将所有行的IMF1i按照原行的位置组合成矩阵IMF1，IMF1即为优化后的数字像面全息显微图。
3.根据权利要求1所述的一种数字像面全息显微图的优化方法，其特征在于：所述优化方法还包括解析经优化的数字像面全息显微图相位，具体包括：对优化后的数字像面全息显微图进行频谱滤波，获得携带参考光载频的实像频谱
R(x,y)O*(x,y)＝IFT{W(ξ,η)FT[IIMF1(x,y)]} (1)
式中，R(x,y)O*(x,y)为含参考光载频的实像复振幅，IIMF1(x,y)为优化后的像面全息图，FT和IFT为傅里叶变换和逆傅里叶变换，W(ξ,η)为圆形窗函数，实现频谱滤波；
直接在全息图中提取的实像频谱含有相位畸变，需要进行畸变校正，校正后的物光波复振幅为
u(x,y)＝Γ(x,y)[R(x,y)O*(x,y)] (2)
式中，Γ(x,y)为校正相位畸变并拟合参考光的因子。求解不含畸变的正确相位φ(x,y)为
被测样本的形貌高度为h(x,y)
其中，λ为光源波长。
4.一种数字像面全息显微图的优化装置，其特征在于：包括第一层本征模函数提取装置。
5.根据权利要求4所述的一种数字像面全息显微图的优化装置，其特征在于：具体包括矩阵存储装置、包络线计算装置和矩阵组合装置。
6.根据权利要求4所述的一种数字像面全息显微图的优化装置，其特征在于：还包括数字像面全息显微图相位解析装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110824690A (zh) * 2019-11-13 2020-02-21 河北工程大学 一种基于大数据的司法痕检用全息显微设备
CN110989155A (zh) * 2019-12-10 2020-04-10 青岛联合创智科技有限公司 一种基于滤光片阵列的无透镜显微成像装置及重构方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102542296A (zh) * 2012-01-10 2012-07-04 哈尔滨工业大学 一种采用基于多变量灰色模型的二维经验模态分解提取图像特征的方法
CN103020916A (zh) * 2012-12-28 2013-04-03 北方工业大学 一种二维希尔伯特变换和bemd结合的图像去噪方法
CN104567682A (zh) * 2015-01-14 2015-04-29 天津大学 液态环境下微粒三维位置纳米级分辨力测量方法
CN105095559A (zh) * 2014-05-09 2015-11-25 中央大学 实施全息希尔伯特频谱分析的方法与系统
CN105157561A (zh) * 2015-09-29 2015-12-16 南京理工大学 基于降采样相位畸变主成分分析的快速相位畸变补偿方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102542296A (zh) * 2012-01-10 2012-07-04 哈尔滨工业大学 一种采用基于多变量灰色模型的二维经验模态分解提取图像特征的方法
CN103020916A (zh) * 2012-12-28 2013-04-03 北方工业大学 一种二维希尔伯特变换和bemd结合的图像去噪方法
CN105095559A (zh) * 2014-05-09 2015-11-25 中央大学 实施全息希尔伯特频谱分析的方法与系统
CN104567682A (zh) * 2015-01-14 2015-04-29 天津大学 液态环境下微粒三维位置纳米级分辨力测量方法
CN105157561A (zh) * 2015-09-29 2015-12-16 南京理工大学 基于降采样相位畸变主成分分析的快速相位畸变补偿方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曾雅楠: "基于数字全息显微的微纳米几何量测量方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110824690A (zh) * 2019-11-13 2020-02-21 河北工程大学 一种基于大数据的司法痕检用全息显微设备
CN110989155A (zh) * 2019-12-10 2020-04-10 青岛联合创智科技有限公司 一种基于滤光片阵列的无透镜显微成像装置及重构方法
CN110989155B (zh) * 2019-12-10 2021-12-14 青岛联合创智科技有限公司 一种基于滤光片阵列的无透镜显微成像装置及重构方法

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