一种基于白光照明的计算光学成像装置及方法，包括白光光源、导模共振滤波片、旋转镜架、被测物体、三维平移台、图像探测器和计算机，本发明专利技术通过旋转导模共振滤波片得到不同波长的入射光束，再利用图像探测器记录多幅衍射强度图，从而可结合多波长计算光学成像算法实现被测物体的复振幅图像再现；本发明专利技术可避免使用价格昂贵的激光光源，可避免多次移动图像探测器带来的机械误差，可提高成像装置的鲁棒性，可扩展成像装置的应用范围。可扩展成像装置的应用范围。可扩展成像装置的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
基于白光照明的计算光学成像装置及方法
[0001]本专利技术涉及计算光学成像技术，特别是一种基于白光照明的计算光学成像装置及成像方法。
技术介绍
[0002]计算光学成像是光学成像、计算机技术和图像处理算法等相结合的综合性技术，该技术在超分辨光学、目标识别和光场相机等领域均有着广泛的应用前景。在超分辨光学领域，计算光学成像技术可获取高于传统成像系统空间分辨的图像信息，包括对多帧序列图像和单帧图像的超分辨率重建；在目标识别领域，计算光学成像技术可对数字图像中的目标物体进行准确地特征描述，从而保证目标检测和识别的准确性；在光场相机领域，计算光学成像技术可实现场景多层次图像拼接，以实现四维光场的精确重构。随着计算光学成像在各个领域的应用日益增加，对计算光学成像技术的研究也日趋重要。
[0003]传统光学成像方法依赖光学系统的成像性能，图像质量越高往往相应的光学系统结构越复杂、体积越大、重量越重、成本越高，因此传统光学成像方法已很难满足日益提高的成像需求。随着光电仪器、光学成像技术、图像处理记录和计算机信息处理技术高速发展的形势下，传统光学成像技术逐渐发展为计算光学成像技术。计算光学成像技术是传统光学成像技术的一次新变革，具有广阔的应用前景，在此基础上涌现出许多不同类型的计算光学成像方法。本专利技术专利提出了一种新型的计算光学成像方法——基于白光照明的计算光学成像成像装置及方法，通过旋转导模共振滤波片以获得不同波长的入射光束，再利用图像探测器记录多幅衍射强度图，从而结合多波长计算光学成像算法实现被测物体的复振幅图像再现。该装置结构简单、对环境要求低、操作方便，可避免多次机械移动图像探测器带来的系统振动、空气湍流等误差，可提高成像装置的鲁棒性；该装置成本低、精度高，可避免使用价格昂贵的激光光源，为计算光学成像技术的民用化、商业化之路提供了新技术方案。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种基于白光照明的计算光学成像装置及方法，以实现快速地重构被测物体的复振幅图像。通过旋转导模共振滤波片以得到多幅衍射强度图，再结合多波长计算光学成像算法快速重构被测物体的复振幅信息；该装置成本低、操作简单，可避免使用价格昂贵的激光光源，可避免多次移动图像探测器带来的机械误差，可提高成像装置的鲁棒性，可扩展成像装置的应用范围，可为计算光学成像技术的民用化、商业化之路提供新技术方案。
[0005]本专利技术的技术解决方案
[0006]一种基于白光照明的计算光学成像装置，其特点在于，包括白光光源、供导模共振滤波片放置的旋转镜架、供被测物体放置的三维平移台、图像探测器和计算机；
[0007]所述的白光光源发出的光脉冲入射到所述的导模共振滤波片，透过该模共振滤波
片的光束作为入射光束；
[0008]所述的入射光束透过所述的被测物体后，到达所述的图像探测器；
[0009]所述的图像探测器的输出端与所述的计算机的输入端连接；
[0010]移动所述的三维平移台，使所述的图像探测器上出现所述的被测物体的衍射强度图；
[0011]通过旋转所述的旋转镜架，使所述的导模共振滤波片出射得到不同波长的入射光束；
[0012]利用所述的基于白光照明的计算光学成像装置进行成像的方法，其特点在于，该方法包括下列步骤：
[0013]1)开启所述的白光光源，该白光光源发出的光脉冲入射到所述的导模共振滤波片；
[0014]旋转所述的旋转镜架，旋转角度分别为θ1、θ2、θ3…
θ
n
，使所述的导模共振滤波片出射得到波长分别为λ1、λ2、λ3…
λ
n
的入射光束，并由所述的图像探测器分别记录所述的被测物体的衍射强度图I1(x,y,λ1)、I2(x,y，λ2)、I3(x,y，λ3)
…
I
n
(x,y,λ
n
)，其中，n为正整数，(x,y)为记录面的空间坐标分布；
[0015]2)所述的图像探测器将探测的n幅衍射强度图I1(x,y,λ1)、I2(x,y,λ2)、I3(x，y,λ3)
…
I
n
(x,y,λ
n
)输送至所述的计算机存储，该计算机利用编写的程序进行迭代运算，一次完整的迭代过程包括以下步骤：
[0016]①
当入射光束的波长为λ1时，设记录面上所述的被测物体的衍射光波复振幅为其中，相位分布为任意常数；
[0017]利用角谱衍射传播理论将U1(x,y,λ1)逆向传输d至物平面，得到该被测物体(4)的复振幅其中，d为所述的被测物体和图像探测器的间距，(x0,y0)为物平面的空间坐标分布；
[0018]②
当入射光束的波长为λ2时，所述的被测物体的复振幅分布为
[0019]将U1(x0,y0，λ2)正向传输d至记录面，得到该被测物体的衍射光波复振幅
[0020]利用记录的强度值I2(x,y，λ2)对复振幅U1(x，y,λ2)的振幅分布进行替换、更新，其相位分布保持不变，得到：
[0021]将U1(x，y,λ2)逆向传输d至物平面，得到该被测物体的复振幅分布
[0022]③
当入射光束的波长为λ3…
λ
n
，依次重复步骤
②
的操作，得到所述的被测物体(4)的复振幅分布
[0023]④
当入射光束的波长为λ1时，所述的被测物体的复振幅分布为
[0024]以上步骤
①‑④
为一次完整的迭代过程。
[0025]3)经过m(m为整数，且m>＝1)次迭代后，得到入射光束的波长为λ1时，所述的被测物体的复振幅分布为其中，U
m+1
(x0,y0,λ1)的振幅分布与U
′
m
(x0，y0，λ
n
)的振幅分布相同，U
m+1
(x0，y0，λ1)的相位分布为U
′
m
(x0,y0,λ
n
)的相位分布的λ
n
/λ1倍；
[0026]4)将U
m+1
(x0,y0,λ1)正向传输d至记录面，得到所述的被测物体的衍射光波复振幅
[0027]计算复振幅分布U
m+1
(x，y，λ1)的归一化均方误差E:
[0028][0029]其中，Σ
k
表示对矩阵的行列求和；
[0030]5)设定常数值ε；当E大于或等于ε时，重复
①‑④
的迭代过程，往复迭代，以达到E小于ε的效果；当E小于ε时，结束迭代过程，得到该被测物体的复振幅分布U
m+1
(x0，y0，λ1)，即成像，公式如下：
[0031][0032]与现有技术相比，本专利技术的技术效果：
[0033]1)本专利技术成本低，结构简单，操作方便，对环境要求低。
[0034]2)本专利技术通过旋转所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于白光照明的计算光学成像装置，其特征在于，包括白光光源(1)、导模共振滤波片(2)、供导模共振滤波片(2)放置的旋转镜架(3)、供被测物体(4)放置的三维平移台(5)、图像探测器(6)和计算机(7)，所述的图像探测器(6)的输出端与所述的计算机(7)的输入端连接；所述的白光光源(1)发出的光脉冲入射到所述的导模共振滤波片(2)，透过该模共振滤波片(2)的光束作为入射光束，通过旋转所述的旋转镜架(3)，得到不同波长的入射光束；所述的入射光束经所述的被测物体(4)透过后，到达所述的图像探测器(6)，通过移动所述的三维平移台(5)，使所述的图像探测器(6)上出现所述的被测物体(4)的衍射强度图，并传输至所述的计算机(7)。2.利用权利要求1所述的基于白光照明的计算光学成像装置进行成像的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：1)开启所述的白光光源(1)，该白光光源(1)发出的光脉冲入射到所述的导模共振滤波片(2)；旋转所述的旋转镜架(3)，旋转角度分别为θ1、θ2、θ3...θ
n
，使所述的导模共振滤波片(2)出射得到波长分别为λ1、λ2、λ3...λ
n
的入射光束，并由所述的图像探测器(6)分别记录所述的被测物体(4)的衍射强度图I1(x，y，λ1)、I2(x，y，λ2)、I3(x，y，λ3)...In(x，y，λ
n
)，其中，n为正整数，(x，y)为记录面的空间坐标分布；2)所述的图像探测器(6)将探测的n幅衍射强度图I1(x，y，λ1)、I2(x，y，λ2)、I3(x，y，λ3)...I
n
(x，y，λ
n
)输送至所述的计算机(7)存储，该计算机(7)利用编写的程序进行迭代运算，一次完整的迭代过程包括以下步骤：
①
当入射光束的波长为λ1时，设记录面上所述的被测物体(4)的衍射光波复振幅为其中，相位分布为任意常数；利用角谱衍射传播理论将U1(x，y，λ1)逆向传输d至物平面，得到该被测物体(4)的复振幅其中，d为所述的被测物体(4...
【专利技术属性】
技术研发人员：张军勇，张秀平，张艳丽，李垚村，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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