CN109596069A - 基于扭曲光栅和编码孔径的物体相位恢复方法 - Google Patents

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刘俭
李勇
王伟波
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object

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Abstract

一种基于扭曲光栅和编码孔径的物体相位恢复方法，属于相位恢复成像领域。本发明解决了传统相位恢复算法物体需小于探测面的问题。本发明首先在样品和探测器之间依次放置一个编码孔径和一个扭曲光栅；然后利用准直部分相干光照明样品，通过编码孔径和扭曲光栅被探测器接受；最后通过相位恢复算法和压缩传感算法恢复样品的复振幅。本发明可以一次恢复相当于探测面大小的样品并且不需要扫描。

Description

基于扭曲光栅和编码孔径的物体相位恢复方法
技术领域
基于扭曲光栅和编码孔径的物体相位恢复方法属于相位恢复成像领域，是一种计算图像重建技术。
背景技术
相位恢复作为一种图像重建技术被广泛应用于生物、材料等各种领域，该技术可以从频谱强度中恢复出物体的复振幅，而且实验设备简单，很多时候不需要透镜，因此没有像差，但是该技术恢复的物体尺寸相对较小(小于探测器面4倍以上)，或者需要扫描物体以解决恢复物体尺寸较小的问题，但是这种方法会降低系统的时间分辨率。
发明内容
本发明公开了一种基于扭曲光栅和编码孔径的物体相位恢复方法，该技术通过使用编码孔径解决物体尺寸较小的问题，通过光栅一次成像多成像距离强度图，解决相位恢复算法需要移动探测器分时探测不同成像距离的频谱强度问题。
本发明的目的是这样实现的：
基于扭曲光栅和编码孔径的物体相位恢复，包括以下步骤：
步骤a、首先搭建实验设备，在传统相位恢复设备中增加编码孔径和扭曲光栅，所述编码孔径和扭曲光栅依次设置于物体与探测器之间；
步骤b、入射光波通过光栅生成多种不同阶次的衍射光，不同阶次的衍射光汇聚到探测器上的离焦距离不同，形成不同的子图像，并划分这些子图像；
步骤c、根据传统的多距离相位恢复算法恢复出所述编码孔径平面处的复振幅；
步骤d、根据压缩传感算法从所述编码孔径平面处的复振幅进一步恢复出物体的复振幅。
优选的，编码孔径为专门设计的图案或随机图案，透光面积与不透光面积之比为1:4。
优选的，所述扭曲光栅的引入将入射光波不同级次分别聚焦到所述探测器的不同位置，一次实现传统相位恢复中的多距离探测。
本发明首先在样品和探测器之间依次放置一个编码孔径和一个扭曲光栅；然后利用准直部分相干光照明样品，通过编码孔径和扭曲光栅被探测器接受；最后通过相位恢复算法和压缩传感算法恢复样品的复振幅，在传统相位恢复技术中加入编码孔径，可以克服由于恢复物体尺寸较小的问题，并且由于扭曲光栅的引入，一次成像多距离频谱强度图可以提高系统时间分辨率。可以一次恢复相当于探测面大小的样品的相位，并且不需要探测器对样品进行移动扫描。
附图说明
图1是本发明基于扭曲光栅和编码孔径的物体相位恢复方法的光路示意图；
图2是本发明基于扭曲光栅和编码孔径的物体相位恢复方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进行详细说明，以便对本发明的目的、技术方案有更深入的理解。
具体实施步骤说明如下：
步骤a、首先根据图1所示搭建实验设备，在传统相位恢复设备中增加编码孔径和扭曲光栅，所述编码孔径和扭曲光栅依次设置于物体与探测器之间；
步骤b、由于光栅的存在，不同阶次的衍射光汇聚到探测器上的离焦距离不同，形成不同的自图像并划分这些自图像；
步骤c、根据传统的多距离相位恢复算法恢复出编码孔径平面处的复振幅；
步骤d、根据压缩传感算法从编码孔径平面处的复振幅进一步恢复出物体的复振幅。
本发明的基于扭曲光栅和编码孔径的物体相位恢复的具体过程为：
S1：在探测器上得到n个频谱强度子图l1，l2，，，ln，初始化一个编码孔径位置处频谱得到初始频谱F1，通过一个光栅阶次调制频谱投射到探测器平面s1相当于对应的一个传统相位恢复设备中通过改变探测器位置形成的新探测器平面s1；
S2：初始频谱F1在通过光栅后在自由空间传播一定距离，到达探测器平面s1，得到频谱F11；
S3：用频谱强度图l1替换F11的幅值并保留相位，继续传播到另一个光栅阶次投射到的探测器平面s2，另一条光栅缝隙在探测器上得到频谱强度图l2；
S4：在探测器平面s2得到频谱F12，继续用l2替换F12的幅值，然后传播，直到所有频谱强度图ln全部参与计算；
S5：往回传播到编码孔径平面，得到复振幅并乘上已知的编码孔径函数；
S6：重复进行K次上述S2-S5的步骤；
S7：判断是否执行完K次，如果是，则使用压缩传感算法恢复物体的复振幅，如果否，则进入S2。
为了进一步优化上述技术方案，编码孔径函数根据编码孔径设置确定，并已知。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化或方法改进，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于扭曲光栅和编码孔径的物体相位恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、首先搭建实验设备，在传统相位恢复设备中增加编码孔径和扭曲光栅，所述编码孔径和扭曲光栅依次设置于物体与探测器之间；
步骤b、入射光波通过光栅生成多种不同阶次的衍射光，不同阶次的衍射光汇聚到探测器上的离焦距离不同，形成不同的自图像，划分这些自图像；
步骤c、根据传统的多距离相位恢复算法恢复出编码孔径平面处的复振幅；
步骤d、根据压缩传感算法从编码孔径平面处的复振幅进一步恢复出物体的复振幅。
2.根据权利要求1所述的基于扭曲光栅和编码孔径的物体相位恢复方法，其特征在于，所述编码孔径为专门设计的图案或随机图案，透光面积与不透光面积之比为1:4。
3.根据权利要求1所述的基于扭曲光栅和编码孔径的物体相位恢复方法，其特征在于，所述光栅将入射光波不同级次分别聚焦到所述探测器的不同位置上。
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