面向三维信息恢复的多波长叠层成像技术的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种面向厚物体进行三维成像的叠层成像技术。它将待测样品用多种波长照射，在测量平面内以叠层扫描的方式依次进行平移，并用图像传感器记录下相应的系列强度图像；通过对所记录的系列强度图像进行处理，并使用基于多波长叠层扫描的迭代重建算法，可以在计算机中获得待测样品的三维图像。通过在多波长叠层迭代算法中对衍射距离的选取，本发明可以将待测样品表层，底层以及内部各层次的信息分别恢复出来，即恢复出待测样品的三维复振幅信息，有效地解决了传统叠层成像中层与层之间相互交叠难以分辨的问题。本发明采用多种波长进行照射使得恢复出的图像质量大幅度提高，同时也使系统的抗噪声能力更强。本发明成像效率高，可移植性好，适用于反射型物体的表层三维成像，透射型薄物体的表层和底层成像以及透射型厚物体的各层次三维成像。
【专利说明】面向三维信息恢复的多波长叠层成像技术
【技术领域】
[0001] 本发明涉及三维成像技术，具体涉及一种将较厚的待测样品以多波长照明并用叠 层扫描的方式恢复出其表层及内部的三维复振幅图像信息。
【背景技术】
[0002] 叠层成像技术是一种无透镜的扫描相干衍射成像技术，通过控制照明光束或 者物体，照明物体上的不同位置，进而用获得的一系列衍射图样恢复出物体图像。参见 (Ultramicroscopy10(3) :187?198,1987)。叠层迭代算法本质上属于一种相位恢复算 法，但是它又与传统的相位恢复算法不同，在对每个位置的衍射分布进行相位恢复时都进 行了约束，消除了解的二义性，因此相对于传统的相位恢复算法，收敛速度有了较大的提 高，可以较快的恢复出样本图像信息。当用多波长代替单波长照射时，其成像质量会有较大 的提高。随着研宄的深入，叠层成像技术显示出了在大幅画面成像和高分辨成像方面的巨 大优势。
[0003] 但是，传统的叠层成像通过扫描孔径和样本的衍射图样进行迭代，只能清晰地重 建较薄样本的振幅和位相信息，在恢复二维图像领域有着较好的应用。然而，随着样本 厚度增加，CCD接收到的强度信息来源于样本各层叠加，恢复出的为各层叠加在一起的图 像，难以分辨出各层的信息；所以当样本为厚物体时，传统二维叠层成像技术恢复的图像 并不理想，不能得到样品清晰的逐层细节信息，这也成为了其主要缺陷之一。参见（Acta Crystallogr:A25,495,1969)。而目前对厚物体进行三维复振幅成像技术还不成熟，为了 恢复出物体的复振幅信息，叠层算法中往往需要大量的扫描孔径照明以及迭代次数。参见 (Opt.Soc. 29(8)，1606-1614, 2014)。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服现有技术的不足，解决传统厚物体叠层成像过程中层与 层之间相互干扰的问题，并能够对厚物体进行三维成像。同时，采用多波长照明技术，使得 恢复出的图像质量有大幅提尚。
[0005] 本发明可通过以下技术措施实现：
[0006] 首先用红色激光器照明待测样品，并将待测样品在物平面内按叠层扫描的方式进 行平移，用图像传感器依次记录下各扫描位置所对应的强度图像。随后分别用绿色激光器 和蓝色激光器照明待测样本并重复上述步骤；最后在计算机上对记录的强度图像进行基于 多波长照明的叠层迭代算法处理，重现出待测样品各层的复振幅图像。
[0007] 所述叠层扫描是这样一种扫描方式，待测样品在物平面内依次平移一定的距离， 平移时需保证相邻平移位置间待测样品上被光束照明的区域内存在一定的交叠。
[0008] 本发明所用成像算法为基于多波长叠层扫描的迭代重建算法，它的具体实现过程 为：
[0009] (1)猜测第一个面物体和probe的复振幅分布，并开始下述迭代过程。第一面为 Ii1，第二面为n2，第三面为rv··第N面为nn。
[0010] (2)计算第一层波长为λ出射波的复振幅
[0011]
【权利要求】
1. 一种面向厚物体的多波长叠层三维成像技术，其成像过程包括以下步骤： 第一步，采用红色激光器照明，将待测样品在物平面内以叠层扫描的方式进行平移，并 用图像传感器依次记录各扫描位置所对应的强度图像； 第二步，采用绿色激光器照明，将待测样品在物平面内以叠层扫描的方式进行平移，并 用图像传感器依次记录各扫描位置所对应的强度图像； 第三步，采用蓝色激光器照明，将待测样品在物平面内以叠层扫描的方式进行平移，并 用图像传感器依次记录各扫描位置所对应的强度图像； 第四步，使用基于多波长照明的叠层扫描的迭代算法重建待测样品的三维复振幅图 像。
2. 如权利要求1中所使用的基于多波长叠层扫描的迭代重建算法，其特征在于，能够 通过选取不同衍射距离恢复出待测样品各层的复振幅信息，进而恢复出待测样品的三维复 振幅图像信息。
3. 如权利要求1中所使用的基于多波长照射的叠层扫描的方法，其特征在于，对于同 一待测样品选取多种不同波长的激光器进行照明，以使得恢复出的样品三维复振幅图像质 量大幅度提尚。
4. 如权利要求1中所使用的基于多波长照射的叠层扫描的方法，其特征在于，对于同 一待测样品选取多种不同波长的激光器进行照明，可以使系统具有更强的抗噪声能力。
5. 如权利要求1，2, 3和4中所述的叠层扫描，其特征在于，待测样品在物平面二维坐标 内依次平移一定的距离完成扫描，并保证相邻平移位置间待测样品上被光束照明的区域内 存在一定的交叠。
6. 如权利要求1，2, 3和4中所述的叠层扫描，其特征在于，可以根据实际照明光束和待 测样品的相对大小进行优化设计。
7. 如权利要求1中所述的面向厚物体三维成像的多波长叠层成像技术，可适用于反射 型物体的表层三维成像，透射型薄物体的表层和底层成像以及透射型厚物体的各层次三维 成像。
【文档编号】G06T15/00GK104484894SQ201410654565
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】史祎诗, 张骏, 李拓, 王雅丽, 高乾坤 申请人:中国科学院大学