一種快速光學相干層析成像技術的全場檢測方法
2023-04-24 04:02:51 3
一種快速光學相干層析成像技術的全場檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種快速光學相干層析成像技術的全場檢測方法，該實驗裝置由掃頻光源、準直鏡、分束鏡、偏振分束鏡、參考鏡、樣品、面陣CCD、FPGA控制器和計算機構成，所述FPGA控制器、掃頻光源和面陣CCD均與計算機相連，所述FPGA控制器由計算機軟體控制，為掃頻光源和面陣CCD提供外部電壓同步信號，實現精確同步；使光源的掃描頻率與圖像採集的幀速率匹配，實現高精度測量。本發明消除了背景噪聲、直流噪聲和自相關噪聲，能極大的提高檢測速度，增強圖像的信噪比和系統穩定性，實現對物體的高精度快速檢測。
【專利說明】一種快速光學相干層析成像技術的全場檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光學相干層析成像技術的快速檢測方法，具體涉及一種快速光學相干 層析成像技術的全場檢測方法。
【背景技術】
[0002] 光學相干層析成像技術（Opticalcoherencetomography，OCT)是一種非侵入、非 接觸的高解析度光學成像技術，該技術利用光學低相干幹涉原理，通過檢測物體內部不同 深度的背向散射光信號獲得散射介質內部的微觀結構橫斷面層析圖像。OCT可以分為時域 OCT和頻域0CT，時域OCT需要使用機械掃描裝置對樣品光和參考光進行光程匹配，以獲取 樣品軸向的微觀結構信息，因此限制了檢測靈敏度和成像速度。頻域OCT通過對幹涉光譜 的傅立葉逆變換獲取樣品軸向的微觀結構信息，但要獲得物體二維層析圖像和三維表面形 貌圖像，仍然需要對物體進行橫向的機械掃描，因而成像速度、檢測精度和系統穩定性受到 一定的限制。
【發明內容】
[0003] 為解決上述問題，本發明提供了一種快速光學相干層析成像技術的全場檢測方 法，實現對樣品的尚精度快速檢測。
[0004] 為實現上述目的，本發明採取的技術方案為：
[0005] -種快速光學相干層析成像技術的全場檢測方法，包括如下步驟：
[0006] S1、組裝實驗裝置，所述實驗裝置由掃頻光源、準直鏡、分束鏡、偏振分束鏡、參考 鏡、樣品、面陣CCD、FPGA控制器和計算機構成，所述FPGA控制器、掃頻光源和面陣CCD均與 計算機相連，所述FPGA控制器由計算機軟體控制，為掃頻光源和面陣CCD提供外部電壓同 步信號，實現三者的精確同步；使光源的掃描頻率與圖像採集的幀速率匹配，實現高精度測 量。
[0007] S2、打開掃頻雷射器，發出的光經過準直鏡準直後，經分束鏡分成兩部分，一部分 通過聚焦透鏡後照射在樣品上發生散射並沿原路返回到分束鏡；另一部分經偏振分束鏡分 成振動方向垂直的兩束線偏振光；
[0008] S3、一束線偏振光經參考鏡反射後沿原光路返回到分束鏡與樣品光發生幹涉，另 一束線偏振光經參考鏡反射後沿原光路返回到分束鏡與樣品光發生幹涉；
[0009] S4、調整光路使兩束線偏振光的光程差為λ/2,產生相位差為JT的兩束幹涉信 號，這兩束幹涉信號經分束鏡和偏振分束鏡後分成兩束，一束通過聚焦透鏡後由面陣CXD 採集，另一束幹涉信號通過聚焦透鏡後由面陣CCD採集；
[0010] S5、面陣C⑶將採集的幹涉信號送入計算機，經軟體進行差分處理後，實現幹涉光 譜信號的平衡探測，能夠消除系統的背景噪聲和直流噪聲；
[0011] S6、採用光開關技術，對參考光束和樣品光束進行實時獨立控制，分別獲取幹涉光 譜、樣品光信號和參考光信號；；
[0012] S7、對面陣CCD採集到的所有幹涉光譜進行解耦處理，消除自相關噪聲後，進行傅 裡葉逆變換，得到含物體深度信息的散射勢，並將散射勢強度賦灰度值，進行圖像重構，獲 取物體的一維深度、二維層析和三維表面形貌圖像。
[0013] 本發明具有以下有益效果：
[0014] 消除了背景噪聲、直流噪聲和自相關噪聲，能極大的提高檢測速度，增強圖像的信 噪比和系統穩定性，實現對物體的高精度快速檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明實施例中實驗裝置的結構示意圖。
[0016] 圖2為本發明實施例中信號處理流程圖
【具體實施方式】
[0017] 為了使本發明的目的及優點更加清楚明了，以下結合實施例對本發明進行進一步 詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發 明。
[0018] 本具體實施的理論基礎是A.F.Fercher等人於1995年提出的散射勢理論：物體內 部的散射勢Ps (z)含深度方向的結構信息，且散射勢Ps (z)與散射光場強度Es (k)的傅立葉 逆變換成正比。根據維納-辛欽定理，功率譜密度為信號自相關函數的傅立葉變換，因而可 以通過對幹涉頻譜進行傅立葉逆變化獲取物體的深度信息。
[0019] 如圖1所示，以下實施例所用的裝置由掃頻光源1、準直鏡2、4、10、12、分束鏡3、偏 振分束鏡6、9、參考鏡7、8、樣品5、面陣CCDll、13、FPGA控制器14和計算機15構成，所述 FPGA控制器14、掃頻光源1和面陣(XD11、13均與計算機15相連。
[0020] 實施例
[0021] 掃頻雷射器1發出的光經過準直鏡2準直後，經分束鏡3分成兩部分，一部分通過 聚焦透鏡4後照射在樣品5上發生散射並沿原路返回到分束鏡3。另一部分經偏振分束鏡 6分成振動方向垂直的兩束線偏振光。一束線偏振光經參考鏡7反射後沿原光路返回到分 束鏡3與樣品光發生幹涉。另一束線偏振光經參考鏡8反射後沿原光路返回到分束鏡3與 樣品光發生幹涉。調整光路使兩束線偏振光的光程差為λ/2,產生相位差為π的兩束幹涉 信號。這兩束幹涉信號經分束鏡3和偏振分束鏡9後分成兩束，一束通過聚焦透鏡10後由 面陣CXD11接受。面陣CXDll將採集的幹涉信號送入計算機15。另一束幹涉信號通過聚 焦透鏡12後由面陣(XD13採集。面陣(XD13將採集的幹涉信號送入計算機15。計算機15 連接FPGA控制器14,FPGA控制器14由計算機軟體控制，為掃頻光源1和2個面陣CXDll、 13提供外部電壓同步信號，實現三者的精確同步，實現光源掃描頻率與圖像採集的幀速率 匹配。送入計算機的幹涉信號經軟體進行差分處理後，實現幹涉光譜信號的平衡探測，能夠 消除系統的背景噪聲和直流噪聲。消除系統背景噪聲和直流噪聲後，幹涉光譜信號為：
[0022]
【權利要求】
1. 一種快速光學相干層析成像技術的全場檢測方法，其特徵在於，包括如下步驟： 51、 組裝實驗裝置，所述實驗裝置由掃頻光源（1)、準直鏡（2)、分束鏡（3)、偏振分束鏡 (6、9)、參考鏡（7、8)、樣品（5)、聚焦透鏡（4、10、12)、面陣0〇)(11、13)、？?6六控制器（14) 和計算機（15)構成，所述FPGA控制器（14)、掃頻光源（1)和面陣CCD(11、13)均與計算機 (15)相連，所述FPGA控制器（14)由計算機軟體控制，為掃頻光源⑴和面陣CCD(11、13) 提供外部電壓同步信號，實現三者的精確同步； 52、 打開掃頻雷射器（1)，發出的光經過準直鏡（2)準直後，經分束鏡（3)分成兩部分， 一部分通過聚焦透鏡（4)後照射在樣品（5)上發生散射並沿原路返回到分束鏡（3);另一 部分經偏振分束鏡（6)分成振動方向垂直的兩束線偏振光； 53、 一束線偏振光經參考鏡（7)反射後沿原光路返回，並經分束鏡（3)與樣品光發生幹 涉，另一束線偏振光經參考鏡（8)反射後沿原光路返回到分束鏡（3)與樣品光發生幹涉； 54、 調整光路使兩束線偏振光的光程差為X/2,產生相位差為31的兩束幹涉信號，這 兩束幹涉信號經分束鏡（3)和偏振分束鏡（9)後分成兩束，一束通過聚焦透鏡（10)後由面 陣CCD(ll)採集，另一束幹涉信號通過聚焦透鏡（12)後由面陣CCD(13)採集； 55、 面陣CXD(11、13)將採集的幹涉信號送入計算機（15)，經軟體進行差分處理後，實 現幹涉光譜信號的平衡探測； 56、 採用光開關技術，對參考光束和樣品光束進行實時獨立控制，分別獲取幹涉光譜、 樣品光信號和參考光信號；； 57、 對面陣CCD採集到的所有幹涉光譜進行解耦處理，消除自相關噪聲後，進行傅立葉 逆變換，得到含物體深度信息的散射勢，並將散射勢強度賦灰度值，進行圖像重構，獲取物 體的一維深度、二維層析和三維表面形貌圖像。
【文檔編號】G01N21/49GK104483291SQ201410802850
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】秦玉偉 申請人:渭南師範學院