高衍射介質內部隱藏物體成像系統及成像方法

2023-07-14 14:35:41

專利名稱：高衍射介質內部隱藏物體成像系統及成像方法
技術領域：
本發明公開了一種基於數字全息技術的高衍射介質內部隱藏物體成像系統及成 像方法，屬於衍射成像，數字全息技術領域。
背景技術：
對隱藏在高衍射介質後方物體成像一直是一個重要的研究領域，過去幾十年中， 學者們提出過多種方法在該領域進行過嘗試，均未得到很好的效果。X射線的穿透性能最 好，並且已經進入商用，但其設備複雜且昂貴，並且會產生輻射，所以用可見光波段成像一 直是研究的目標和方向；在1991年美國L.Wang等人發表的論文《Ballistic 2_D imaging through scattering walls using an ultrafast optical kerr gate〉〉提出用超快Kerr 門 效應對隱藏物體成像並取得較好效果，但其技術複雜難以實用；在1999年美國E. N. Leith 等人發表的論文〈〈Realization of Time Gating by use of Spatial Filtering〉〉中用飛 秒雷射器實現去實現對隱藏在高衍射介質後方物體成像，但由於飛秒雷射器的昂貴而沒有 繼續發展下去。

發明內容
為了解決。無法直接成像或測量隱藏在肌肉組織或其他高衍射介質內部的物體的 問題，本發明提出了一種短相干數字全息對高衍射介質後方物體成像系統。高衍射介質內部隱藏物體成像系統，其特徵在於系統上方安裝CCD相機11，其下 方裝配衍射介質12、樣品13、線性平移臺14，毛玻璃6連接在.線形平移臺14上；衍射介 質12的一側依次安裝平面鏡10、針孔9、顯微物鏡8、平面鏡組7 ；毛玻璃6下方依次安裝分 束晶體3、線性平移臺5，平面鏡組4連接在線性平移臺5上；分束晶體3遠離顯微物鏡8的 一側依次安裝凸透鏡2、雷射二極體1。所述的平面鏡組4和平面鏡組7由兩片互相垂直的平面鏡組成。雷射從雷射二極體1中發射，經過.凸透鏡2轉換成平面光波，被分束晶體3分為 物光光路和參考光路兩束物光光路路向下經過安裝在線性平移臺5上的平面鏡組4相互 垂直的平面鏡兩次反射，光線傳播方向改變了 180°，光線向上穿過安裝在線性平移臺14 上的毛玻璃6、樣品13和衍射介質12後，射入CXD相機11 ；參考光路經過平面鏡組7相互 垂直的平面鏡兩次反射被顯微物鏡8聚焦、針孔9濾波後經過反射鏡10打入CCD相機11。 C⑶相機11與計算機15相連。基於數字全息技術的高衍射介質內部隱藏物體成像系統的成像方法，其特徵在 於包括下述步驟1)通過移動線性平移臺5使物光和參考光光程相等；2)移動光路中線性平移臺14 一次計算機中記錄一次全息圖，共記錄N幅全息圖， N的最佳取值為60，3)用費涅耳衍射積分公式分別對N幅全息圖做再現，最後將其疊加，
Kp) = -Y\fk\p)\⑴其中ρ代表空間坐標，f(k) (ρ)是費涅耳衍射積分公式對第k幅數字全息圖的再現 結果，k彡N，I I代表取模，h(p)是疊加後得到的結果，N為全息圖的幅數。本實用新型可以獲得如下有益效果1.在可見光波段用短相干數字全息的方法實現了對隱藏在高衍射介質內部物體 成像。2.和其他系統相比，本套系統設計簡單，使用方法容易，成本低。


圖1為短相干數字全息對高衍射介質後方物體成像系統的結構圖；圖2為實施例中所用待成像的二值物體；圖3為實施例1中短相干數字全息透過生物介質成像實驗結果；圖4為實施例2中短相干數字全息透過生物介質成像實驗結果。圖中1、雷射二極體，2、凸透鏡，3、分束晶體，4、平面鏡組，5、線性平移臺，6、毛玻 璃，7、平面鏡組，8、顯微物鏡，9、針孔，10、平面鏡，11、CCD相機，12、衍射介質，13、樣品，14、 線性平移臺，15、計算機。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對於本發明作進一步說明。採用如圖1所示的布置方式，系統上方安裝CCD相機11，其下方裝配衍射介質12、 樣品13、線性平移臺14，毛玻璃6連接在.線形平移臺14上；衍射介質12的一側依次安裝 平面鏡10、針孔9、顯微物鏡8、平面鏡組7 ；毛玻璃6下方依次安裝分束晶體3、線性平移臺 5，平面鏡4組連接在線性平移臺5上；分束晶體3遠離顯微物鏡8的一側依次安裝凸透鏡 2、雷射二極體1。所述的平面鏡組4和平面鏡組7由兩片互相垂直的平面鏡組成。雷射從雷射二極體1中發射，經過.凸透鏡2轉換成平面光波，被分束晶體3分為 物光光路和參考光路兩束物光光路路向下經過安裝在線性平移臺5上的平面鏡4兩次反 射，穿過安裝在線性平移臺14上的毛玻璃6、樣品13和衍射介質12後，射入CXD相機11 ； 參考光路經過平面鏡組7.兩次反射被顯微物鏡8聚焦、針孔9濾波後經過反射鏡10打入 CXD相機11。CXD相機11與計算機15相連。實施例1 ；實驗中所用雷射器是短相干紅光LD，中心波長632nm，相干長度40微米。實驗中 所測物體如圖2所示，為一個二值物體，所用線性平移臺均為PI M126DC。所用高衍射介質為2mm厚雞脯肉，共拍攝60幅全息圖。如圖3a為其中一張，可以 看出透過高衍射介質後光強極弱；單幅全息圖再現結果如圖北所示，可以模糊看到到物體 的存在，用公式1對60張再現結果做非相干疊加，得到結果見圖3c，其信噪比由1.9上升至 4. 7，待測物體已經清晰可見。該結果符合我們的理論預期.，圖3a是CCD拍攝的全息圖，類 似這張圖我一共有60張；北是用圖3a再現得到的結果，3c是用公式160幅全息圖再現結果疊加後得到的結果.實施例2 實驗中所用雷射器是短相干紅光LD，中心波長632nm，相干長度40微米。實驗中 所測物體如圖2所示，為一個二值物體，所用線性平移臺均為PI M126DC。實驗中所用高衍射介質為3mm厚雞脯肉，共拍攝60幅全息圖，如圖如為其中一 張。單幅全息圖再現結果如圖b所示，完全看不到物體的存在，用公式1對60張再現結果 做非相干疊加，得到結果見圖c，待測物體已經可見。該結果符合我們的理論預期。
權利要求
1.高衍射介質內部隱藏物體成像系統，其特徵在於系統上方安裝CCD相機(11)，其下 方裝配衍射介質(12)、樣品(13)、線性平移臺(14)，毛玻璃(6)連接在.線形平移臺(14) 上；衍射介質(1 的一側依次安裝平面鏡(10)、針孔(9)、顯微物鏡(8)、平面鏡組(7)；毛 玻璃(6)下方依次安裝分束晶體(3)、線性平移臺(5)，平面鏡組(4)連接在線性平移臺(5) 上；分束晶體C3)遠離顯微物鏡(8)的一側依次安裝凸透鏡O)、雷射二極體(1)；所述的平面鏡組⑷和平面鏡組(7)由兩片互相垂直的平面鏡組成；雷射從雷射二極體(1)中發射，經過.凸透鏡( 轉換成平面光波，被分束晶體(3) 分為物光光路和參考光路兩束物光光路路向下經過安裝在線性平移臺( 上的平面鏡組 (4)相互垂直的平面鏡兩次反射，光線傳播方向改變了 180°，光線向上穿過安裝在線性平 移臺(14)上的毛玻璃(6)、樣品(1 和衍射介質(1 後，射入CCD相機(11)；參考光路經 過平面鏡組(7)相互垂直的平面鏡兩次反射被顯微物鏡(8)聚焦、針孔(9)濾波後經過反 射鏡(10)打入CCD相機(11) ；CCD相機(11)與計算機(15)相連。
2.基於數字全息技術的高衍射介質內部隱藏物體成像系統的成像方法，其特徵在於 包括下述步驟1)通過移動線性平移臺( 使物光和參考光光程相等；2)移動光路中線性平移臺(14)一次計算機中記錄一次全息圖，共記錄N幅全息圖，N 的最佳取值為60 ；3)用費聶耳衍射積分公式分別對N幅全息圖做再現，最後將其疊加，ι Nh^nr-M ⑴其中P代表空間坐標，f(k) (P)是費涅耳衍射積分公式對第k幅數字全息圖的再現結果， k彡N，I I代表取模，h(p)是疊加後得到的結果，N為全息圖的幅數。
全文摘要
高衍射介質內部隱藏物體成像系統及成像方法，屬於衍射成像，數字全息領域。系統上方安裝CCD相機，其下方裝配衍射介質、樣品、線性平移臺，毛玻璃連接在.線形平移臺上；衍射介質的一側依次安裝平面鏡、針孔、顯微物鏡、平面鏡組；毛玻璃下方依次安裝分束晶體、線性平移臺，平面鏡組連接在線性平移臺上；分束晶體遠離顯微物鏡的一側依次安裝凸透鏡、雷射二極體。其成像方法如下1.通過移動線性平移臺使物光和參考光光程相等；2.移動光路中線性平移臺一次計算機中記錄一次全息圖，共記錄N幅全息圖，N的最佳取值為60，3.用費涅耳衍射積分公式分別對N幅全息圖做再現，最後將其疊加。本發明解決了高衍射介質內部的物體的直接成像問題。
文檔編號G03H1/12GK102129212SQ201110056888
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月9日 優先權日2011年3月9日
發明者萬玉紅, 張亦卓, 江竹青, 王雲新, 王大勇 申請人:北京工業大學