μπι的順序，于S7-2中逐一生成等效波長，并將獲取對應等效波長相位圖 所需的兩幅S5單波長相位圖導入S7-3雙波長數字全息相位重構步驟中生等效波長相位 圖，于本實施例中，首先導入的是632nm與67Inm組成的10. 9 μπι的等效波長，故需要導入 632nm與671nm的單波長相位圖。完成上述步驟后，于S7-4處將該等效波長相位圖生成為 人眼可見的圖像，并于S7-5處判斷相位圖內是否含有包裹相位，若含有包裹相位，則返回 S7-1處產生下一個等效波長，于本實施例中為632nm與660nm組成的14. 9 μπι等效波長，故 第二次循環中，需要使用632nm與660nm的單波長相位圖，以此類推，按照從小到大的順序， 逐張等效波長相位圖于S7-5處進行包裹相位判斷。由于本實施例中使用的待記錄物體的 深度信息為20. 1 μπι，故10. 9 μπκ 14. 9 μπκ 17. 3 μπι作為等效波長產生的雙波長相位圖無 法滿足"不含包裹相位"的視覺判斷要求，需使用656nm和671nm組成29. 3 μ m等效波長進 行雙波長重構，故于本實施例中，當29. 3 μ m等效波長相位圖內不含包裹相位信息時，認為 該等效波長可以反映物體的真實信息，則跳出循環，于S8處輸出該等效波長相位圖，視為 經由多波長自適應重構獲得相位圖，至此完成全部多波長自適應成像重構過程。
[0061] 圖7為本發明的多波長自適應數字全息成像重構結果對比圖，其中圖（a)是選擇 合適的等效波長，得到的無包裹相位的重構成像結果，圖（b)是選擇的等效波長過小時，仍 含有包裹相位的重構成像結果。
[0062] 在實施例中，使用了 632nm、656nm、660nm和671nm的記錄光源組合，但不限定于 使用這四個波長的激光，任何由可調諧多波長激光器輸出的激光波長，皆可用于記錄單波 長數字全息圖與多波長數字全息相位重構，屬于本發明范圍。本發明的一種多波長自適應 數字全息成像系統及方法，采用可調諧光源作為記錄光源，使用基于一種離軸數字全息圖 去零級頻譜區域掃描法的波長關聯識別模塊讀出所記錄全息圖的記錄波長，并采用單波長 相位重構模塊和多波長相位重構模塊，可實現對深度范圍未知且結構復雜待測物的相位重 構，具有可對任意跨尺度深度信息物體進行波前相位重建的特點，具有較強的推廣及應用 價值。
[0063] 盡管參考特定實施例詳細描述了本發明，在此描述的本發明實施例的意圖不是詳 盡的或者局限于所公開的具體形式。相反，所選的用于說明問題的實施例是為了使本技術 領域內的技術人員實施本發明而選擇的。在不脫離下面的權利要求所描述和限定的本發明 的實質范圍的情況下，存在變型例和修改例。
【主權項】
1. 一種多波長自適應數字全息成像系統，其特征在于包括：多波可調諧激光器、擴束 準直器、光闌、第一分光棱鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第二分光棱鏡、待測物體、圖像采集 器以及計算機，其中第一分光棱鏡、第一反射鏡、第二反射鏡和第二分光棱鏡構成馬赫澤德 干涉儀光路，由第一分光棱鏡、第一反射鏡和第二分光棱鏡構成馬赫澤德干涉儀結構的物 臂，由第一分光棱鏡、第二反射鏡和第二分光棱鏡構成馬赫澤德干涉儀結構的參考臂； 可調諧多波長激光器出射的激光經擴束準直器擴束后，照射到光闌上，經由光闌調整 光斑大小后，該光束照射到第一分光棱鏡處；光束由第一分光棱鏡分為兩束光束，兩束光束 中透射光束為物光光束，反射光束為參考光光束；待測物體放置于第一反射鏡和第二分光 棱鏡之間或者放置在第一反射鏡和第二分光棱鏡的延長線上。2. 應用如權利要求1所述系統的方法，其特征在于依次包括：首先經由S1輸入全息圖 導入單波長數字全息圖，其后進行S2波長關聯識別獲得對應單波長數字全息圖的記錄波 長，然后將S1導入的單波長全息圖和S3輸出全息圖記錄波長一同導入S4單波長數字全息 相位重構，最終獲得S5單波長相位圖；完成一次完整的單波長數字全息圖數值重構后，進 行S6判斷過程，判斷是否完成了經由多波長數字全息記錄單元記錄的所有單波長全息圖 的數值重構，若未完成則返回S1步驟，若完成則將所有單波長相位圖導入S7多波長自適應 相位重構中，進行多波長相位重構和自適應篩選，實現S8多波長相位圖獲取。3.根據權利要求2所述方法，其特征在于，S2波長關聯識別包括6個步驟：S2-1傅里 葉變換，對全息圖進行傅里葉變換，獲取其頻譜分布信息；S2-2獲得全息圖的頻譜圖，用于 獲得并輸出全息圖的頻譜圖；S2-3零級頻譜區域判定，用于在頻譜域中判定劃分出零級頻 譜的區域，并在之后S2-4正一級頻譜掃描中，不再對所述的零級頻譜區域進行掃描；S2-4 正一級頻譜區域掃描，用于掃描分析零級頻譜區域之外的正一級頻譜區域；S2-5獲得正一 級頻譜中心點位置；S2-6記錄波長判定，用于在S2-5獲得正一級頻譜中心點位置后，根據 頻譜域波長分布關系進行記錄波長判斷，計算得出記錄波長值。4.根據權利要求3所述方法，其特征在于，S2-3零級頻譜區域判定中不予掃描的零級 頻譜區域根據以下關系確定： 式中2fM為零級頻譜的最大頻譜值，l/r表示頻譜區域可表征的最大范圍，r是CCD的 像元尺寸；從頻譜中心點計算，將頻譜可表征范圍內三分之一的區域判定為不予掃描的零 級頻譜區域； S2-4正一級頻譜區域掃描，具體為頻譜區域內掃描到最大光強值對應的頻譜點位置， 即是正一級頻譜中心點位置；然后，由正一級頻譜中心點位置為中心，截取邊長為2fM的正 方形區域作為正一級頻譜區域，并進行頻譜截取提取出正一級頻譜信息。5.根據權利要求3所述方法，其特征在于，S2-6根據正一級頻譜中心點的頻譜值，計算 得到該頻譜圖所對應的記錄光波長具體為：記錄波長與其正一級頻譜中心點頻譜值的關系 式為式中，k為第m個全息圖記錄光波長，a"為第m個全息圖正一級頻譜中心點的頻譜 值，0為記錄離軸全息圖的物光與參考光的夾角，即離軸干涉角。6. 根據權利要求2所述方法，其特征在于，S4單波長數字全息相位重構包括5個步驟： S4-1傅里葉變換，獲得各全息圖的頻譜圖；由S4-2頻譜濾波，提取各頻譜圖中正一級頻譜 信息；由S4-3傅里葉逆變換，將正一級頻譜還原為記錄平面復振幅分布；由S4-4角譜自由 空間傳播，使用輸入的各全息圖記錄波長值，數值計算光波在自由空間中的傳播，得到觀察 平面上的復振幅分布；然后，進行S4-5Angle角函數處理，利用Angle角函數處理獲得單波 長相位圖。7. 根據權利要求2所述方法，其特征在于，S7多波長自適應相位重構包括以下步驟： S7-1等效波長合成，使用兩個波長進行等效波長合成；S7-2獲得等效波長，得到等效波長 值，并保存合成該等效波長的兩個單波長值；S7-3雙波長相位重構，使用合成所述等效波 長的兩個波長對應的單波長相位圖進行相減，數值重構等效波長相位圖；在S7-4等效波長 相位圖，獲得等效波長相位圖信息，轉化為人眼可識別的黑白圖像并顯示；S7-5包裹相位 判定，判別所述的等效波長相位圖中是否包含包裹相位，若含有包裹相位，則返回S7-1等 效波長合成，重新選取兩個波長合成一個新的等效波長，并進行相應的雙波長相位重構，若 不含有包裹相位，則將所述等效波長相位圖輸出，該所述等效波長相位圖即是待測物體的 重建相位圖。
【專利摘要】波長自適應數字全息成像系統及方法涉及數字全息成像領域。可調諧多波長激光器出射的激光經擴束準直器擴束后，由光闌調整光斑大小后，光束照射到第一分光棱鏡處；光束由第一分光棱鏡分為兩束光束，透射和反射光束；由第一分光棱鏡、第一反射鏡和第二分光棱鏡構成馬赫澤德干涉儀結構的物臂，由第一分光棱鏡、第二反射鏡和第二分光棱鏡構成馬赫澤德干涉儀結構的參考臂；方法主要包括：波長關聯識別，判斷所記錄全息圖的記錄光源波長；單波長數字全息相位重構，通過單波長數值重構獲取單波長數字全息圖的相位信息；進行多組雙波長數值重構，獲得等效波長相位信息。本發明有利于對深度信息分布范圍未知的待測物體實現準確的多波長數字全息成像探測。
【IPC分類】G03H1/08
【公開號】CN105116705
【申請號】CN201510629842
【發明人】王喆, 江竹青
【申請人】北京工業大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月29日