一种复振幅传感成像装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复振幅传感成像装置和方法。所述装置包括：无镜头数码相机、采样板、连接壳和处理器；无镜头数码相机包括图像传感器；采样板与图像传感器平行设置；无镜头数码相机和采样板通过连接壳连接；在采样板上设有与图像传感器大小、形状均相同的采光区；采光区上设有多个采光孔；采光区的中心位置与图像传感器的中心位置位于同一水平直线上。当光透过物体后，照射到采样板上，光透过采光孔后，再衍射传播到图像传感器上，图像传感器获取这一光波的光强分布图，然后处理器采用本发明专利技术公开的成像方法计算得到物体的复振幅分布图，实现物体的全息成像。本发明专利技术提供的复振幅传感成像装置和方法在无参考光的情况下，提高物体成像的准确性。

A Complex Amplitude Sensing Imaging Device and Method

【技术实现步骤摘要】
一种复振幅传感成像装置和方法
本专利技术涉及全息成像
，特别是涉及一种复振幅传感成像装置和方法。
技术介绍
由于光波的频率很高，现有的光电探测器(含图像传感器)只能测出光的强度信息，不能测出光的相位信息，所以现有的图像传感器只能得到光波的强度分布信息。目前，要得到光波的相位分布信息，通常需要引入一束参考光，这就是数字全息技术。数字全息技术进行波前检测或全息成像包含两步：第一步是利用数字图像传感器(如CCD或CMOS器件)记录物光与参考光相互干涉形成的全息图。第二步是将全息图输入计算机，通过程序模拟光的衍射传播过程得到物体的再现像。数字全息技术可同时得到物光的强度信息和相位信息。但由于需要参考光，其光路比较复杂，且容易因参考光的扰动产生误差，并不能准确得到物体的全息图像，使得在实际应用中受到较大的限制。例如，在文献[1]HorisakiR,OguraY,AinoM,etal.Single-shotphaseimagingwithacodedaperture[J].OptLett.2014,39(22):6466-9中，取样板的透射函数是已知的二值函数，其透光部分的位置是随机分布的，物光波照射取样板后，其透射部分的光经过衍射传播到达图像传感器表面。成像时，图像传感器记录下衍射光强。然后，利用相位恢复算法由图像传感器记录的衍射光强重建出取样板上透光部分的复振幅。最后，利用压缩感知算法由取样板上透光部分的复振幅重建出物体平面内的复振幅，即实现对物体的全息成像。在这一方法种由于采用了压缩传感技术，只适合用于对稀疏物体的成像，当物体的相位连续分布且相位起伏量大于2π时，并不能得到准确的成像结果。在文献[2]ChengZJ,WangBY,XieYY,etal.PhaseretrievalanddiffractiveimagingbasedonBabinet′sprincipleandcomplementaryrandomsampling[J].OptExpress.2015,23(22):28874-82中，利用空间光调制器作为取样板，其透光部分的位置可能通过电脑控制。成像时，将空间光调制器上所有的像素随机分成四部分。电脑控制空间光调制器中的随机分布的四分之一部分像素可以透光，其余像素不透光，图像传感器记录下一幅衍射光强，利用相位恢复算法由图像传感器记录的衍射光强重建出取样板上透光像素的复振幅。然后，使空间光调制器的另外四分之一部分像素透光，图像传感器记录下第二幅衍射光强，利用相位恢复算法由图像传感器记录的第二幅衍射光强重建出取样板上第二部分透光像素的复振幅。然后，使空间光调制器的另外四分之一部分像素透光，图像传感器记录下第三幅衍射光强，利用相位恢复算法由图像传感器记录的第三幅衍射光强重建出取样板上第三部分透光像素的复振幅。然后，使空间光调制器的剩下四分之一部分像素透光，图像传感器记录下第四幅衍射光强，利用相位恢复算法由图像传感器记录的第四幅衍射光强重建出取样板上第四部分透光像素的复振幅。因此，从记录的四幅衍射光强可重建出取样板(空间光调制器)内所有像素点的复振幅，再反向传播到物体平面内，即可得到物体平面内的复振幅，实现对物体的全息成像。但是，这种方法利用空间光调制器作为取样板，仪器成本昂贵，且需要进行多次记录，无法实现对动态物体的准确成像。而文献[3]WangBY,HanL,YangY,etal.Wavefrontsensingbasedonaspatiallightmodulatorandincrementalbinaryrandomsampling[J].OptLett.2017,42(3):603-6中公开的成像方法与文献[2]中公开的方法类似，只是电脑控制空间光调制器透光的像素逐渐增加。成像时，第一次记录衍射光强时，空间光调制器约有四分之一透光像素；第二次记录衍射光强时，空间光调制器约有四分之二透光像素；第三次记录衍射光强时，空间光调制器约有四分之三透光像素；第四次记录衍射光强时，空间光调制器所有像素全部透光。图像重建时，先利用相位恢复算法由第一幅衍射光强重建第一次透光部分像素的复振幅；然后，利用相位恢复算法由第二次记录的衍射光强和第一次透光部分像素的复振幅重建出第二次透光的四分之二透光部分像素的复振幅；然后，利用相位恢复算法由由第三次记录的衍射光强和第二次透光部分像素的复振幅重建出第三次透光的四分之三透光部分像素的复振幅；最后，由第四次记录的衍射光强和第三次透光部分像素的复振幅重建出空间光调制全部像素的复振幅，再反向传播至物体平面，即可得到物体平面内的复振幅，实现对物体的全息成像。因在这一方法中，需要利用空间光调制器作为取样板，仪器成本昂贵，且需要进行多次记录，也无法实现对动态物体的准确成像。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种复振幅传感成像装置和方法，能够在没有参考光的情况下，提高物体成像的准确性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种复振幅传感成像装置，包括：无镜头数码相机、采样板、连接壳和处理器；所述无镜头数码相机包括图像传感器；所述采样板与所述图像传感器平行设置；所述无镜头数码相机和所述采样板通过所述连接壳进行连接；在所述采样板上设有与所述图像传感器大小、形状均相同的采光区；所述采光区上开设有多个采光孔；所述采光区的中心位置与所述图像传感器的中心位置位于同一水平直线上；所述图像传感器用于获取透过所述采光区的衍射光的光强分布图；所述处理器用于将所述图像传感器获取的光强分布图转化为图像传感器平面内的复振幅分布图，并用于对所述图像传感器平面内的复振幅分布图进行校正；所述处理器还用于将校正后的所述图像传感器平面内的复振幅分布图转化为样品物体的复振幅分布图。可选的，所述采光孔的大小与所述图像传感器上像素的大小相同；所述采光孔的形状与所述图像传感器上像素的形状相同。可选的，所述各采光孔间的距离与所述图像传感器的像素的大小相等。可选的，所述连接壳为由不透光材料制成的圆柱筒。一种复振幅传感成像方法，包括：步骤A、采用所述复振幅传感成像装置获取样品物体的衍射光的光强分布图；步骤B、将所述光强分布图生成图像传感器平面内的第一复振幅分布图；步骤C、将所述图像传感器平面内的第一复振幅分布图转化为采光区平面内的第一复振幅分布图；步骤D、将所述采光区平面内的第一复振幅分布图中对应于采光区的不透光部分的复振幅值设为0，得到采光区平面内的第二复振幅分布图；步骤E、将所述采光区平面内的第二复振幅分布图转化为图像传感器平面内的第二复振幅分布图；步骤F、判断第n次计算得到的所述图像传感器平面内的第二复振幅分布图与第n-1次计算得到的所述图像传感器平面内的第二复振幅分布图的差值是否小于设定值；其中，n为大于等于2的整数；步骤G、若所述差值大于等于所述设定值，则提取所述图像传感器平面内的第二复振幅分布图的相位分布；根据所述相位分布将所述图像传感器平面内的第二复振幅分布图转化为图像传感器平面内的第三复振幅分布图，并将所述步骤C中的所述图像传感器平面内的第一复振幅分布图替换为所述图像传感器平面内的第三复振幅分布图后，重复上述步骤C-F；步骤H、若所述差值小于所述设定值，则提取所述图像传感器平面内的第二复振幅分布图的相位分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复振幅传感成像装置，其特征在于，包括：无镜头数码相机、采样板、连接壳和处理器；所述无镜头数码相机包括图像传感器；所述采样板与所述图像传感器平行设置；所述无镜头数码相机和所述采样板通过所述连接壳进行连接；在所述采样板上设有与所述图像传感器大小、形状均相同的采光区；所述采光区上开设有多个采光孔；所述采光区的中心位置与所述图像传感器的中心位置位于同一水平直线上；所述图像传感器用于获取透过所述采光区的衍射光的光强分布图；所述处理器用于将所述图像传感器获取的光强分布图转化为图像传感器平面内的复振幅分布图，并用于对所述图像传感器平面内的复振幅分布图进行校正；所述处理器还用于将校正后的所述图像传感器平面内的复振幅分布图转化为样品物体的复振幅分布图。

【技术特征摘要】
1.一种复振幅传感成像装置，其特征在于，包括：无镜头数码相机、采样板、连接壳和处理器；所述无镜头数码相机包括图像传感器；所述采样板与所述图像传感器平行设置；所述无镜头数码相机和所述采样板通过所述连接壳进行连接；在所述采样板上设有与所述图像传感器大小、形状均相同的采光区；所述采光区上开设有多个采光孔；所述采光区的中心位置与所述图像传感器的中心位置位于同一水平直线上；所述图像传感器用于获取透过所述采光区的衍射光的光强分布图；所述处理器用于将所述图像传感器获取的光强分布图转化为图像传感器平面内的复振幅分布图，并用于对所述图像传感器平面内的复振幅分布图进行校正；所述处理器还用于将校正后的所述图像传感器平面内的复振幅分布图转化为样品物体的复振幅分布图。2.根据权利要求1所述的一种复振幅传感成像装置，其特征在于，所述采光孔的大小与所述图像传感器上像素的大小相同；所述采光孔的形状与所述图像传感器上像素的形状相同。3.根据权利要求2所述的一种复振幅传感成像装置，其特征在于，所述各采光孔间的距离与所述图像传感器的像素的大小相等。4.根据权利要求1所述的一种复振幅传感成像装置，其特征在于，所述连接壳为由不透光材料制成的圆柱筒。5.一种复振幅传感成像方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4任意一项所述的复振幅传感成像装置；所述方法包括：步骤A、采用所述复振幅传感成像装置获取样品物体的衍射光的光强分布图；步骤B、将所述光强分布图生成图像传感器平面内的第一复振幅分布图；步骤C、将所述图像传感器平面内的第一复振幅分布图转化为采光区平面内的第一复振幅分布图；步骤D、将所述采光区平面内的第一复振幅分布图中对应于采光区的不透光部分的复振幅值设为0，得到采光区平面内的第二复振幅分布图；步骤E、将所述采光区平面内的第二复振幅分布图转化为图像传感器平面内的第二复振幅分布图；步骤F、判断第n次计算得到的所述图像传感器平面内的第二复振幅分布图与第n-1次计算得到的所述图像传感器平面内的第二复振幅分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凤鹏，曾祥志，王兴权，魏晓星，张程荣，
申请(专利权)人：赣南师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36