一種非相干望遠數字全息成像方法及配套裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于非相干全息三維成像技術領域，特別公開了一種非相干望遠數字全息成像方法及配套裝置。
【背景技術】
[0002]全息成像是利用干涉原理，將物光波的振幅和相位信息以干涉條紋的形式記錄到全息圖中，通過衍射效應重建出包含物體深度信息的三維圖像。傳統全息以激光為光源，導致對光源相干性、系統穩定性的高度依賴，使全息技術的應用受到極大限制。數字全息使用圖像傳感器(CCD/CMOS)進行記錄，通過數據處理在計算機中重建物體的三維圖像，雖然結構簡單、信息豐富、圖像質量提高，但是仍未克服對光源和系統的依賴性。近年來，RosenJ 等提出的 Fresnel 非相干相關全息(Fresnel incoherent correlat1n holography,FINCH)實現了空間非相干物光波的自干涉，利用自干涉技術克服了對光源和系統的依賴性，將三維全息成像技術從相干領域真正地拓展到了非相干領域。Rosen J和Brooker G設計出基于FINCH結構的三維靜態非掃描熒光全息顯微系統，萬玉紅等基于LabVIEW環境開發了 FINCH實驗控制系統，鐘麗云等研宄發現，在相同實驗條件限制下，空間光調制器上加載兩個球面波的情況達到的分辨率遠大于加載單個球面波的情況。上述非相干數字全息的研宄多數集中于生物、醫學等顯微成像系統，然而，對于集成望遠鏡系統與非相干全息的非相干望遠數字全息的研宄報道相對較少。Kim M K等利用自干涉技術，提出了非相干自干涉彩色數字全息。非相干自干涉數字全息雖然集成了望遠鏡系統，但是采用Michelson干涉儀作為非相干相關器和分束器，利用壓電陶瓷驅動器控制相移量。由于Michelson干涉儀結構對距離控制精度高度依賴，相移量準確度也直接影響成像的信噪比。另外，非相干自干涉彩色數字全息還存在實驗參數不協調、物體再現像的重建距離偏大、信號強度弱等一系列問題。這些問題極大地制約了非相干望遠數字全息技術在衛星成像、天文學成像和工程檢測等宏觀領域的工業化和商業化應用。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供了一種非相干望遠數字全息成像方法，提供其配套裝置是本發明的另一發明目的。
[0004]基于上述目的，本發明采取了以下技術方案:一種非相干望遠數字全息成像方法，目標物體透射或反射的光線經會聚/準直系統輸出為平行光束，該平行光束進一步經偏振片、干涉濾光片和相位型空間光調制器依次處理后得到的全息圖由圖像傳感器接收，圖像傳感器將信號輸出給中央處理單元，由中央處理單元通過相移技術和衍射再現算法重建出目標物體的像。
[0005]所述相位型空間光調制器上加載兩個不同半徑的球面波。
[0006]所述相移技術為三步相移技術，其相移量分別為0、31/2、Ji ;其相移算法的數學表達式為H = [10-1K+j(2IK/2- 1。_1?)]/4，其中H為合成全息圖；I。、Ιπ/2、Ιπ分別對應相移量O、JT/2、31的全息圖，j為虛數。
[0007]與所述非相干望遠數字全息成像方法配套的裝置，包括依次設置在光路上的會聚/準直系統、偏振片、干涉濾光片、相位型空間光調制器和圖像傳感器，圖像傳感器的輸出端與中央處理單元的輸入端相連接。
[0008]所述會聚/準直系統包括同軸設置的會聚透鏡和準直透鏡，所述會聚透鏡較準直透鏡近于目標物體，會聚透鏡對于目標物體所成的像位于準直透鏡的前焦平面附近。
[0009]所述會聚/準直系統包括同軸設置的準直反射鏡和中央開孔的凹面反射鏡；準直反射鏡的設置位置較凹面反射鏡近于目標物體，所述中央開孔的凹面反射鏡對目標物體所成的像位于準直反射鏡的焦面附近。
[0010]所述相位型空間光調制器的像素數目為1920X1080 pixels，像素間隔為8 μπι，相位線性調控范圍為O?2 。
[0011]所述干涉濾光片的中心波長為532 nm或632.8 nm，帶寬為10 nm。
[0012]所述圖像傳感器為電荷耦合器件，其像素數目為1024X1024 pixels，像素間隔為6.45 μ m0
[0013]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
I)本發明提供一種基于空間光調制器的新型非相干望遠數字全息成像方法，在白光或者自然光照明條件下均能實現遠場物體的三維成像。
[0014]2)本發明成像系統具有結構簡單、數據量小、成像速度快、成像系統環境要求低等特性，適于全息技術的工業化和商業化應用，在軍事、遙感衛星、天文學和工程檢測等宏觀領域具有較高的應用價值。
【附圖說明】
[0015]圖1是實施例2中新型非相干望遠數字全息成像裝置的結構示意圖；
圖2是實施例3中新型非相干望遠數字全息成像裝置的結構示意圖；
圖3是利用實施例2中的裝置對傾斜放置的分辨率板成像的實驗結果；
圖4是利用實施例2中的裝置對刻度尺成像的實驗結果；
圖5是利用實施例3中的裝置對三維物體成像進行計算機模擬的結果。
【具體實施方式】
[0016]下面結合具體實施例，對本發明作進一步的說明。
[0017]實施例1
一種非相干望遠數字全息成像方法，目標物體透射或反射的光線經會聚/準直系統輸出為平行光束，該平行光束進一步經偏振片、干涉濾光片和相位型空間光調制器依次處理后得到的全息圖由圖像傳感器接收，圖像傳感器將信號輸出給中央處理單元，由中央處理單元通過相移技術和衍射再現算法重建出目標物體的像。
[0018]相位型空間光調制器上加載兩個不同半徑的球面波。
[0019]相移技術為三步相移技術，其相移量分別為0、Jr/2、JT ;其相移算法的數學表達式為H = [10-1K+j(2IK/2-1Q-U]/4，其中H為合成全息圖；I。、Ιπ/2、Ιπ分別對應相移量
O、31/2、31的全息圖，j為虛數。
[0020]實施例2
與實施例1所述的非相干望遠數字全息成像方法配套的裝置，如圖1所示，包括依次設置在光路上的會聚/準直系統、偏振片7、干涉濾光片8、相位型空間光調制器9和圖像傳感器10，圖像傳感器10的輸出端與中央處理單元的輸入端相連接。
[0021 ] 會聚/準直系統包括同軸設置的會聚透鏡3和準直透鏡4，會聚透鏡3較準直透鏡4近于目標物體