基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统及成像方法，具体涉及一种基于多个记录距离的迭代再现方法，属于太赫兹成像技术领域，其目的在于解决去除太赫兹同轴数字全息成像共轭像以及零级像干扰的问题。成像包括两个过程：一是全息图记录，在光轴方向平移探测器实现多个记录距离的全息图和照明光采集；二是复振幅再现，依次在各个记录面之间对全息图和照明光分别进行复振幅衍射传播，每个记录面的记录值作为约束条件对复振幅进行更新，通过多次往返迭代恢复全息图和照明光的相位信息，并最终获得去除共轭像和零级像干扰的高保真度物面复振幅分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于全息成像
，涉及一种同轴数字全息成像方法，尤其涉及一种采用迭代计算的同轴数字全息成像方法。
技术介绍
太赫兹数字全息成像凭借其无损无标记、无透镜、动态全场获取定量振幅和相位信息的优势，在太赫兹成像领域受到越来越多的关注。同轴数字全息由于结构紧凑、能够充分利用探测器空间带宽积、最大化降低记录距离实现大数值孔径、无相差、衍射受限的高分辨率成像，非常适合波长较长、元器件不成熟、探测器空间频率不高、面阵尺寸较小的太赫兹领域，但其缺点是再现结果存在共轭像和零级像干扰。为了抑制再现结果中的共轭像，通过对成像样品、物面和记录面施加不同的约束条件，迭代计算获得物面复振幅分布的各种相位复原方法被提出。如申请号为201310475603.2的专利技术专利申请就公开了一种连续太赫兹波的同轴数字全息相位复原成像方法，该同轴数字全息相位复原成像方法包括完成全息图和背景图的负像素消除、正像素叠加的重建预处理过程和累加全息图归一化重建预处理过程。其相位重建迭代算法包括四步步骤：完成插值缺失数据，记录面到物面的太赫兹复振幅传播，消除孪生像的波前振幅阈值处理，物面传播回记录面抽取正像素相位数据集完成重建。通过计算得到的物体复振幅被用作下一轮迭代计算的输入值，迭代过程为步骤二开始至步骤四，多次迭代的最终效果将消除孪生像，得到高保真度的物面复振幅。该同轴数字全息相位复原成像方法通过迭代数据分析能有效消除探测样品图像中的孪生像，提高全息图质量，同时恢复记录面上缺失的幅值和所有被记录点的相位分布，通过衍射回传从而得到高保真度的物体的重建复振幅图像。
技术实现思路
上述同轴数字全息相位复原成像方法虽通过迭代数据分析消除了探测样品图像中的孪生像，但是该同轴数字全息相位复原成像方法在解决孪生像的问题时所采用的迭代方式主要是先采集一个记录面处的全息图和背景图，并根据这个全息图和背景图在记录面与物面之间进行多次迭代，从而消除孪生像；但是，也正是因为该成像方法的迭代是在记录面与物面之间进行的，因而需要物面进行支持，必须符合一定条件的成像目标才能使用该成像方法并保证其成像效果，而对于那些不符合该条件的成像目标，由于在计算过程中对物体有约束条件，从而难以针对这些较为特殊的成像目标对物面约束开展有效实施，导致成像结构的退化，最终得到的物体的重建复振幅图像误差较大。本专利技术的专利技术目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像方法，采用一种全新的迭代方式(即在多个记录面之间进行迭代)来解决去除共轭像以及零级像干扰，提高成像质量，且在成像过程中实现非物面约束。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统，包括太赫兹波激光器、第一高密度聚乙烯透镜、第二高密度聚乙烯透镜、成像目标、太赫兹阵列探测器、电动平移台和计算机，所述成像目标位于第二高密度聚乙烯透镜与太赫兹阵列探测器之间，所述太赫兹阵列探测器放置在电动平移台上，所述太赫兹阵列探测器、电动平移台均分别与计算机电连接；所述太赫兹波激光器输出的太赫兹波光束依次经第一高密度聚乙烯透镜、第二高密度聚乙烯透镜后入射至成像目标，照射在成像目标上的太赫兹波光束在成像目标上散射产生物光波，未照射到成像目标的太赫兹波光束形成参考光波，所述物光波与参考光波产生干涉形成同轴全息图，所述同轴全息图被太赫兹阵列探测器采集并输送至计算机。其中，所述太赫兹波激光器输出的太赫兹波为点频连续波，所述太赫兹波激光器输出的太赫兹波光束的中心频率可为1.63THz、2.52THz、3.11THz。其中，所述太赫兹波激光器输出的太赫兹波光束依次经第一高密度聚乙烯透镜、第二高密度聚乙烯透镜后形成平行太赫兹波光束，所述平行太赫兹波光束入射至成像目标。其中，经过第二高密度聚乙烯透镜后的太赫兹波光束至少覆盖住太赫兹阵列探测器的探测面。其中，经过第二高密度聚乙烯透镜后的太赫兹波光束的光束面积大于成像目标的尺寸。一种基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像方法，其包括如下步骤：步骤一、将成像目标放置于基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统中，开启基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统的太赫兹波激光器，记录初始状态时成像目标与基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统的太赫兹阵列探测器之间的距离为d1，采集初始状态时的全息图Hd1；然后控制电动平移台，使太赫兹阵列探测器在光轴上以远离成像目标的方向移动，移动距离为△z，每移动一次太赫兹阵列探测器就采集一副全息图Hdi(i＝2…n)；步骤二、将成像目标移出基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统，控制电动平移台，使太赫兹阵列探测器在光轴上以靠近成像目标的方向移动，移动距离为△z，每移动一次太赫兹阵列探测器就采集一副背景图Bdi(i＝n…1)；步骤三、计算d1位置处的全息图Hd1和背景图Bd1的初始复振幅分布UHd1(0)和UBd1(0)，其中利用角谱衍射传播算法分别将初始复振幅分布UHd1(0)和UBd1(0)正向传播到d2位置形成复振幅分布UHd2(0)和UBd2(0)，利用d2位置处的记录值对复振幅分布UHd2(0)和UBd2(0)进行替换、更新，相位保持不变，替换、更新的计算公式为：其中φ(U)表示复振幅分布U的相位，j表示复数中的虚部；利用更新后的UHd′2(0)和UBd′2(0)继续正向传播到下一个记录面并替换、更新幅值得到UHd′3(0)和UBd′3(0)，直到最后一个记录面并得到dn位置处的更新后的幅值UHd′n(0)和UBd′n(0)；步骤四、利用角谱衍射传播逆算法分别将步骤三中得到的dn位置处的更新后的幅值UHd′n(0)和UBd′n(0)逆向传播到前一个记录面，并利用对应位置处的记录值对复振幅分布进行替换、更新，替换、更新时相位保持不变，替换、更新的计算公式与步骤三中的替换、更新的计算公式相同，直到第一个记录面，并更新此时第一个记录面的复振幅分布作为下一次迭代的输入；步骤五、每一次重复一次步骤三、步骤四就完成一次迭代，依次重复步骤三、步骤四K次完成K次迭代，最终得到第K次逆向传播时在d1位置处的全息图和背景图的复振幅分布UHd1(k)和UBd1(k)；步骤六、将步骤五最后得到的全息图和背景图的复振幅分布UHd1(k)和UBd1(k)逆向传播到物面位置得到复振幅分布UH0和UB0，得到成像目标的复振幅分布UO，其中UO的计算公式为：其中，步骤一中，移动距离为△z为.05mm至2mm；步骤五中，迭代的次数K为20至200。其中，所述基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统包括太赫兹波激光器、第一高密度聚乙烯透镜、第二高密度聚乙烯透镜、成像目标、太赫兹阵列探测器、电动平移台和计算机，所述成像目标位于第二高密度聚乙烯透镜与太赫兹阵列探测器之间，所述太赫兹阵列探测器放置在电动平移台上，所述太赫兹阵列探测器、电动平移台均分别与计算机电连接；所述太赫兹波激光器输出的太赫兹波光束依次经第一高密度聚乙烯透镜、第二高密度聚乙烯透镜后入射至成像目标，照射在成像目标上的太赫兹波光束在成像目标上散射产生物光波，未照射到成像目标的太赫兹波光束形成参考光波，所述物光波与参考光波产生干涉形成同轴全息图，所述同轴全息图被太赫兹阵列探测器采集并输送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统，其特征在于：包括太赫兹波激光器(1)、第一高密度聚乙烯透镜(2)、第二高密度聚乙烯透镜(3)、成像目标(4)、太赫兹阵列探测器(5)、电动平移台(6)和计算机(7)，所述成像目标(4)位于第二高密度聚乙烯透镜(3)与太赫兹阵列探测器(5)之间，所述太赫兹阵列探测器(5)放置在电动平移台(6)上，所述太赫兹阵列探测器(5)、电动平移台(6)均分别与计算机(7)电连接；所述太赫兹波激光器(1)输出的太赫兹波光束依次经第一高密度聚乙烯透镜(2)、第二高密度聚乙烯透镜(3)后入射至成像目标(4)，照射在成像目标(4)上的太赫兹波光束在成像目标(4)上散射产生物光波(4a)，未照射到成像目标(4)的太赫兹波光束形成参考光波(3a)，所述物光波(4a)与参考光波(3a)产生干涉形成同轴全息图，所述同轴全息图被太赫兹阵列探测器(5)采集并输送至计算机(7)。

【技术特征摘要】
1.一种基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统，其特征在于：包括太赫兹波激光器(1)、第一高密度聚乙烯透镜(2)、第二高密度聚乙烯透镜(3)、成像目标(4)、太赫兹阵列探测器(5)、电动平移台(6)和计算机(7)，所述成像目标(4)位于第二高密度聚乙烯透镜(3)与太赫兹阵列探测器(5)之间，所述太赫兹阵列探测器(5)放置在电动平移台(6)上，所述太赫兹阵列探测器(5)、电动平移台(6)均分别与计算机(7)电连接；所述太赫兹波激光器(1)输出的太赫兹波光束依次经第一高密度聚乙烯透镜(2)、第二高密度聚乙烯透镜(3)后入射至成像目标(4)，照射在成像目标(4)上的太赫兹波光束在成像目标(4)上散射产生物光波(4a)，未照射到成像目标(4)的太赫兹波光束形成参考光波(3a)，所述物光波(4a)与参考光波(3a)产生干涉形成同轴全息图，所述同轴全息图被太赫兹阵列探测器(5)采集并输送至计算机(7)。2.如权利要求1所述的基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统，其特征在于：所述太赫兹波激光器(1)输出的太赫兹波为点频连续波。3.如权利要求1所述的基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统，其特征在于：所述太赫兹波激光器(1)输出的太赫兹波光束依次经第一高密度聚乙烯透镜(2)、第二高密度聚乙烯透镜(3)后形成平行太赫兹波光束，所述平行太赫兹波光束入射至成像目标(4)。4.如权利要求1所述的基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统，其特征在于：经过第二高密度聚乙烯透镜(3)后的太赫兹波光束至少覆盖住太赫兹阵列探测器(5)的探测面。5.如权利要求1所述的基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统，其特征在于：经过第二高密度聚乙烯透镜(3)后的太赫兹波光束的光束面积大于成像目标(4)的尺寸。6.一种基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将成像目标(4)放置于基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统中，开启基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统的太赫兹波激光器(1)，记录初始状态时成像目标(4)与基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统的太赫兹阵列探测器(5)之间的距离为d1，采集初始状态时的全息图Hd1；然后控制电动平移台(6)，使太赫兹阵列探测器(5)在光轴上以远离成像目标(4)的方向移动，移动距离为△z，每移动一次太赫兹阵列探测器(5)就采集一副全息图Hdi(i＝2…n)；步骤二、将成像目标(4)移出基于多个记录距离的太赫兹同轴全息成像系统，控制电动平移台(6)，使太赫兹阵列探测器(5)在光轴上以靠近成像目标(4)的方向移动，移动距离为△z，每移动一次太赫兹阵列探测器(5)就采集一副背景图Bdi(i＝n…1)；步骤三、计算d1位置处的全息图Hd1和背景图Bd1的初始复振幅分布UHd1(0)和UBd1(0)，其中利用角谱衍射传播算法分别将初始复振幅分布UHd1(0)和UBd...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赜宇，周逊，李磊，王度，秦瑀，李光彬，罗振飞，孔维鹏，杨存榜，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51