一种离轴数字全息优化重建方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种离轴数字全息优化重建方法及系统，所述方法包括：基于两路平面波离轴全息结构，采用阵列探测器采集无任何照明下的热背景强度、遮挡参考光时的物光强度、遮挡物光时的参考光强度以及参考光和物光干涉的全息图；利用采集的上述参数对参考光和物光干涉的全息图进行预处理，基于处理后的全息图建立最小化目标函数；对最小化目标函数进行求解，得到优化解；根据优化解得到重建的物光波复振幅分布。本发明专利技术的上述方法无需频率滤波，较传统方法提高了系统空间带宽积，实现物光场高分辨率、高质量重建。高质量重建。高质量重建。

【技术实现步骤摘要】
一种离轴数字全息优化重建方法及系统


[0001]本专利技术涉及数字全息成像领域，特别是涉及一种离轴数字全息优化重建方法及系统。

技术介绍

[0002]离轴数字全息由于引入倾斜参考光使得零级像、共轭像和实像在频域中分离。现有的离轴全息重建方法是将全息图变换到频域，通过定位物体频谱的最大值点并移动到坐标中心，然后低通滤波获得物体频谱，最后衍射回传到物面实现全息重建。由于频谱滤波的原因，系统空间带宽积下降，重建分辨率降低。因此，亟需一种离轴数字全息重建方法及系统，实现物光场高分辨率、高质量重建。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种离轴数字全息优化重建方法及系统，无需频谱滤波，较传统方法提高了系统空间带宽积。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种离轴数字全息优化重建方法，所述方法包括：
[0006]基于两路平面波离轴全息结构，采用阵列探测器采集以下参数，所述参数包括：无任何照明下的热背景强度、遮挡参考光时的物光强度、遮挡物光时的参考光强度以及参考光和物光干涉的全息图；
[0007]利用所述无任何照明下的热背景强度，所述遮挡参考光时的物光场强度和所述遮挡物光时的参考光强度对所述参考光和物光干涉的全息图进行预处理，得到处理后的全息图；
[0008]基于所述处理后的全息图建立最小化目标函数其中，A(
·
)表示成像变换操作，TV(
·
)表示总变分操作；τ为正则化项的权重系数，x为所述最小化目标函数待求解的未知数，x＝[x
real
；x
imag
]，x
real
是物光场的实部，x
imag
是物光场的虚部，x
real
和x
img
大小均为m
×
n，x大小为2m
×
n；
[0009]对所述最小化目标函数进行求解，得到x的优化解；
[0010]根据所述优化解得到重建的物光波复振幅分布。
[0011]本专利技术还提供一种离轴数字全息优化重建系统，所述系统包括：
[0012]多参数获取模块，用于基于两路平面波离轴全息结构，采用阵列探测器采集以下参数，所述参数包括：无任何照明下的热背景强度、遮挡参考光时的物光强度、遮挡物光时的参考光强度以及参考光和物光干涉的全息图；
[0013]预处理模块，用于利用所述无任何照明下的热背景强度，所述遮挡参考光时的物光场强度和所述遮挡物光时的参考光强度对所述参考光和物光干涉的全息图进行预处理，
得到处理后的全息图；
[0014]物理优化模型建立模块，用于基于所述处理后的全息图建立最小化目标函数其中，A(
·
)表示成像变换操作，TV(
·
)表示总变分操作；τ为正则化项的权重系数，x为所述最小化目标函数待求解的未知数，x＝[x
real
；x
imag
]，x
real
是物光场的实部，x
imag
是物光场的虚部，x
real
和x
img
大小均为m
×
n，x大小为2m
×
n；
[0015]计算模块，用于对所述最小化目标函数进行求解，得到x的优化解；
[0016]物光波复振幅分布重建模块，用于根据所述优化解得到重建的物光波复振幅分布。
[0017]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0018]本专利技术提供的离轴数字全息优化重建方法及系统，通过阵列探测器采集两路平面波离轴全息结构中无任何照明下的热背景强度、遮挡参考光时的物光强度、遮挡物光时的参考光强度以及参考光和物光干涉的全息图；通过采集的上述无任何照明下的热背景强度，遮挡参考光时的物光场强度和遮挡物光时的参考光强度对参考光和物光干涉的全息图进行预处理；基于处理后的全息图建立最小化目标函数；对最小化目标函数进行求解，得到优化解；根据优化解得到重建的物光波复振幅分布。本专利技术的上述方法无需频谱滤波，较传统方法提高了系统空间带宽积，实现了物光场高分辨率、高质量重建。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术实施例1提供的离轴数字全息优化重建方法的流程图；
[0021]图2为本专利技术实施例1提供的两路平面波离轴全息结构图；
[0022]图3为本专利技术实施例1提供的仿真样本的实部，虚部以及离轴全息图频谱图：
[0023]图4为本专利技术实施例1提供的传统方法移频滤波后角谱重建结果；
[0024]图5为本专利技术实施例1提供的本专利技术方法重建结果；
[0025]图6为本专利技术实施例2提供的离轴数字全息优化重建系统的结构图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]本专利技术的目的是提供一种离轴数字全息优化重建方法及系统，以实现物光场高分辨率、高质量重建。
[0028]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实
施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0029]实施例1
[0030]本实施例提供一种离轴数字全息优化重建方法，请参阅图1，所述方法包括：
[0031]S1、基于两路平面波离轴全息结构，采用阵列探测器采集以下参数，所述参数包括：无任何照明下的热背景强度、遮挡参考光时的物光强度、遮挡物光时的参考光强度以及参考光和物光干涉的全息图；其中，两路平面波离轴全息结构图请参阅图2；
[0032]S2、利用所述无任何照明下的热背景强度，所述遮挡参考光时的物光场强度和所述遮挡物光时的参考光强度对所述参考光和物光干涉的全息图进行预处理，得到处理后的全息图；
[0033]具体的，可采用公式F＝I
H
+I
B
‑
I
R
‑
I
O
得到处理后的全息图；
[0034]其中，参数F为处理后的全息图，参数I
B
为无任何照明下的热背景强度，参数I
O
为遮挡参考光时的物光强度、参数I
R
为遮挡物光时的参考光强度，参数I
H
为参考光和物光干涉的全息图。
[0035]本实施例中处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离轴数字全息优化重建方法，其特征在于，所述方法包括：基于两路平面波离轴全息结构，采用阵列探测器采集以下参数，所述参数包括：无任何照明下的热背景强度、遮挡参考光时的物光强度、遮挡物光时的参考光强度以及参考光和物光干涉的全息图；利用所述无任何照明下的热背景强度，所述遮挡参考光时的物光场强度和所述遮挡物光时的参考光强度对所述参考光和物光干涉的全息图进行预处理，得到处理后的全息图；基于所述处理后的全息图建立最小化目标函数其中，A(
·
)表示成像变换操作，TV(
·
)表示总变分操作；τ为正则化项的权重系数，x为所述最小化目标函数待求解的未知数，x＝[x
real
；x
imag
]，x
real
是物光场的实部，x
imag
是物光场的虚部，x
real
和x
img
大小均为m
×
n，x大小为2m
×
n；对所述最小化目标函数进行求解，得到x的优化解；根据所述优化解得到重建的物光波复振幅分布。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述无任何照明下的热背景强度，所述遮挡参考光时的物光场强度和所述遮挡物光时的参考光强度对所述参考光和物光干涉的全息图进行预处理，得到处理后的全息图，具体包括：利用公式F＝I
H
+I
B
‑
I
R
‑
I
O
得到处理后的全息图；其中，参数F为处理后的全息图，参数I
B
为无任何照明下的热背景强度，参数I
O
为遮挡参考光时的物光强度、参数I
R
为遮挡物光时的参考光强度，参数I
H
为参考光和物光干涉的全息图。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述最小化目标函数进行求解，得到x的优化解，具体包括：获取变换A(x)以及变换A
T
(A(x)
‑
F)；基于所述变换A(x)以及A
T
(A(x)
‑
F)，采用优化算法对所述最小化目标函数进行求解，得到优化解。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述获取变换A(x)以及变换A
T
(A(x)
‑
F)之前，所述方法还包括：根据所述处理后的全息图提取所述参考光的传播方向；根据所述参考光的传播方向以及所述遮挡物光时的参考光强度获得参考光复振幅分布。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述变换A(x)的获取方法包括：根据公式x
c
＝x
real
+i
·
x
imag
将x变换成复振幅场x
c
，其中，i为虚数，i2＝
‑
1；采用角谱法计算x
c
衍射传播距离z的光场分布X
z
，其中，z是物体到探测器的距离；根据公式A(x)＝2Real(X
z
⊙
conj(R))获得所述变换A(x)；其中，Real(
·
)为取实部操作，conj(
·
)为取共轭操作，
⊙
为矩阵对应元素相乘，R为所述参考光复振幅分布。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述变换A
T...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赜宇，秦瑀，严强，孔维鹏，邹明芮，周逊，
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：