专利名称：数字全息的多步叠加散斑去除成像系统的制作方法
数字全息的多步叠加散斑去除成像系统技术领域
本发明公开了一种数字全息的多步叠加散斑去除成像系统，是运用电源参考光实时畸变补偿的数字全息成像，属于数字全息术技术领域，可用于三维形貌实时测量和定量相衬显微成像。
背景技术：
过去的二十年中，随着光电耦合器件的飞速发展，数字全息技术实现高速发展，并广泛运用于亚微米尺度的显微领域，如集成电路检测、生物细胞实时成像等。数字全息作为一种显微成像技术，其优势在于无损、快速、可获得定量相位分布等特点，其独特优势使其具有极大的应用价值，成为了一种重要的实时定量动态分析方法。
然而，由于在数字全息系统中采用相干光照明，随之而来的散斑噪声对系统成像能力和分辨率等因素造成很大影响。在数字再现过程中采用数字图像处理、滤波等方法，均会对图像质量、分辨率产生影响。而纪录并再现出具有不同散斑噪声背景的一系列图像，并通过多步叠加的方法可以显著降低散斑噪声对比度，提高系统信噪比，有利于三维高分辨率观测的要求。发明内容
为了解决数字全息成像过程中散斑噪声的影响，本发明提出了一种数字全息的多步叠加散斑去除成像系统。
本发明采用如下技术方案数字全息的多步叠加散斑去除成像系统，包括有激光器1，光纤耦合器2，光纤分束器3，光纤4，二维电动平移台5，计算机6，CXD相机7，合束晶体9，透镜10，光纤夹持器8，样品11，激光器1出射端安置有光纤耦合器2，光纤耦合器2通过光纤与光纤分束器3相连，光纤分束器3接出两路光纤分别连接在二维电动平移台5和光纤夹持器8上。连接在二维电动平移台5的光纤4的出射光与二维电动平移台相垂直， 沿其出射方向设置有透镜10和待检测的样品11，与二维电动平移台5相连的光纤4的出射位置随二维电动平台5水平移动而移动；样品11的中心与合束晶体9中心的连线垂直于合束晶体11的一个侧面。与光纤夹持器11连接的光纤4的出射光垂直于合束晶体的另一个侧面，此侧面与样品11中心相垂直的侧面垂直；与样品11的中心相垂直的合束晶体9的侧面的相对侧面放置有CXD相机7，CXD相机7与二维电动平台5均与计算机6相连。
二维电动平移台5下方置有透镜10，透镜10下方放置待检测的样品11，透镜10 垂直于法向的一侧放置合束晶体9，光纤夹持器8夹持的光纤4的出射端与样品11的中心对准合束晶体8的两个相垂直的侧面的中心。
激光器1出射的光经过光纤耦合器2耦合进光纤，并被光纤分束器3分成两路第一路是由二维电动平移台5处出射的物光，透镜10将光纤出射的发散球面光波准直成平行光，平行光照射在水平放置的样品11上，其漫反射光通过合束晶体9后照射在CCD相机7 上；另一路是由光纤夹持器8处出射的参考光，是直接由光纤4末端出射的球面波，照射在合束晶体9上，反射后与物光波干涉形成全息图被CCD相机7记录。电动二维电动平移台 5每移动一次，CXD相机7记录一次全息图，最后将所有全息图再现像叠加，得到结果。
所述的物光从光纤4出射末端位置距离透镜10的距离为透镜10的焦距；样品11 距离透镜10的距离为透镜10的焦距。
所述的参考光从光纤4出射末端位置距离合束晶体8中心的距离，与样品11中心距离合束晶体中心的距离相等。
本发明可以取得如下有益效果
该套发明可以自动降低数字全息再现像的散斑噪声，提高信噪比，有利于三维高分辨率观测的要求。
图1数字全息的多步叠加散斑去除成像系统的结构原理图2(a)单幅全息图直接再现结果
图2 (b) 3幅全息图再现像叠加结果
图2(c) 18幅全息图再现像叠加结果
图2 (d) 72幅全息图再现像叠加结果
图2(e) 144幅全息图再现像叠加结果
图3随全息图数量增加散斑图样对比度c下降曲线
图中1、激光器件，2、光纤耦合器，3、光纤分束器，4、光纤，5、二维电动平移台，6、 计算机，7、CXD相机，8、光纤夹持器，9、合束晶体，10、透镜，11、样品。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对于本发明做进一步的说明
实施例
本实施例的布置方式如图1所示数字全息的多步叠加散斑去除成像系统，包括有激光器1，光纤耦合器2，光纤分束器3，光纤4，二维电动平移台5，计算机6，CXD相机7， 合束晶体9，透镜10，光纤夹持器8，样品11，激光器1出射端安置有光纤耦合器2，光纤耦合器2通过光纤与光纤分束器3相连，光纤分束器3接出两路光纤分别连接在二维电动平移台5和光纤夹持器8上。连接在二维电动平移台5的光纤4的出射光与二维电动平移台相垂直，沿其出射方向设置有透镜10和待检测的样品11，与二维电动平移台5相连的光纤4 的出射位置随二维电动平台5水平移动而移动；样品11的中心与合束晶体9中心的连线垂直于合束晶体11的一个侧面。与光纤夹持器11连接的光纤4的出射光垂直于合束晶体的另一个侧面，此侧面与样品11中心相垂直的侧面垂直；与样品11的中心相垂直的合束晶体 9的侧面的相对侧面放置有CCD相机7，CCD相机7与二维电动平台5均与计算机6相连。
激光器1出射的光经过光纤耦合器2耦合进光纤，并被光纤分束器3分成两路第一路是物光，透镜10将光纤出射的发散球面光波准直成平行光，平行光向下照射在水平放置的样品11上，其漫反射光通过合束晶体9后照射在C⑶相机7上；另一路参考光，是直接由光纤末端出射的球面波，照射在合束晶体9上，反射后与物光波干涉形成全息图被CCD相机7记录。电动二维电动平移台5每移动一次，CCD相机7记录一次全息图，最后将所有全4息图再现像叠加，得到结果。
实验中用532nm绿光光源。样品是硬币上的汉字“分”，所用透镜焦距75mm。图2 (a) 所示为系统采到的一幅全息图再现得到的结果，其上可以看到很明显的散斑噪声，散斑图样对比度c = 0. 2811 ；图2(b)-(e)分别为3幅、18幅、72幅、144幅全息图再现像的叠加结果，可以明显看出来随着纪录全息图数量的增多，散斑噪声变得越来越小。图2(b)-(e)中的散斑图样对比度c分别是0. 0922,0. 0177,0. 0078,0. 0045。图3是随着全息图数量增加， 散斑噪声对比度的下降曲线，通过该曲线可以看出，利用该系统可以有效降低散斑噪声。
权利要求
1.数字全息的多步叠加散斑去除成像系统，包括有激光器(1)，光纤耦合器O)，光纤分束器⑶，光纤(4)，二维电动平移台(5)，计算机(6)，CCD相机(7)，合束晶体(9)，透镜(10)，光纤夹持器(8)，样品(11)，其特征在于激光器(1)出射端安置有光纤耦合器0)， 光纤耦合器( 通过光纤与光纤分束器C3)相连，光纤分束器C3)接出两路光纤分别连接在二维电动平移台( 和光纤夹持器(8)上。连接在二维电动平移台( 的光纤(4)的出射光与二维电动平移台相垂直，沿其出射方向设置有透镜(10)和待检测的样品(11)，与二维电动平移台( 相连的光纤的出射位置随二维电动平台( 水平移动而移动；样品(11)的中心与合束晶体(9)中心的连线垂直于合束晶体(11)的一个侧面。与光纤夹持器 (11)连接的光纤的出射光垂直于合束晶体的另一个侧面，此侧面与样品(11)中心相垂 直的侧面垂直；与样品(11)的中心相垂直的合束晶体(9)的侧面的相对侧面放置有CCD 相机(7)，CCD相机(7)与二维电动平台(5)均与计算机(6)相连。
2.根据权利要求1所述的数字全息的多步叠加散斑去除成像系统，其特征在于所述的二维电动平移台( 下方置有透镜(10)，透镜(10)下方放置待检测的样品(11)，透镜 (10)垂直于法向的一侧放置合束晶体(9)，光纤夹持器(8)夹持的光纤的出射端与样品(11)的中心对准合束晶体(8)的两个相垂直的侧面的中心。
3.根据权利要求1所述的数字全息的多步叠加散斑去除成像系统，其特征在于激光器(1)出射的光经过光纤耦合器( 耦合进光纤，并被光纤分束器C3)分成两路第一路是由二维电动平移台( 处出射的物光，透镜(10)将光纤出射的发散球面光波准直成平行光，平行光照射在水平放置的样品(11)上，其漫反射光通过合束晶体(9)后照射在CCD相机(7)上；另一路是由光纤夹持器(8)处出射的参考光，是直接由光纤(4)末端出射的球面波，照射在合束晶体(9)上，反射后与物光波干涉形成全息图被CCD相机(7)记录。电动二维电动平移台( 每移动一次，CCD相机(7)记录一次全息图，最后将所有全息图再现像叠加，得到结果。
4.根据权利要求3所述的数字全息的多步叠加散斑去除成像系统，其特征在于所述的物光从光纤⑷出射末端位置距离透镜(10)的距离为透镜(10)的焦距；样品(11)距离透镜(10)的距离为透镜(10)的焦距。
5.根据权利要求3所述的数字全息的多步叠加散斑去除成像系统，其特征在于所述的参考光从光纤(4)出射末端位置距离合束晶体(8)中心的距离，与样品(11)中心距离合束晶体中心的距离相等。
全文摘要
数字全息的多步叠加散斑去除成像系统，属于数字全息术领域。激光器出射端安置有光纤耦合器，光纤耦合器与光纤分束器相连，光纤分束器接出两路光纤分别连接在二维电动平移台和光纤夹持器上。连接在二维电动平移台的光纤的出射光与二维电动平移台相垂直，沿其出射方向设置有透镜和样品，二维电动平移台相连的光纤随二维电动平台水平移动；样品的中心与合束晶体中心连线垂直于合束晶体的一个侧面。与光纤夹持器连接的光纤的出射光垂直于合束晶体的另一个侧面，此侧面与样品中心相垂直的侧面垂直；与样品中心相垂直的合束晶体的侧面的相对侧面放置有CCD相机，其与二维电动平台与计算机相连。本系统降低了数字全息再现像的散斑噪声，提高了信噪比。
文档编号G01B11/24GK102506746SQ20111029470
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者万玉红, 张亦卓, 杨登才, 江竹青, 王云新, 王大勇, 赵洁 申请人:北京工业大学