【摘 要】
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定量相位成像技术是实现目标结构三维测量的重要手段,在生物医学工程与工业器件制造等高新技术产业领域中具有广阔的发展前景。相干数字全息技术是实现定量相位成像功能的主要方法之一,借助数字聚焦能力,其理论上可在相同的测量范围、横向采样和测量时间情况下,达到更高的深度测量精度,但在实际应用中零阶衍射与孪生像、非共路背景干扰等问题限制了其达到理论的测量精度。针对上述问题,本文采用焦面分割偏振同步相移同轴全息方
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【基金项目】
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中国科学院任务战略性先导科技专项水下同步相移动态全息原位显微成像测量系统课题
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定量相位成像技术是实现目标结构三维测量的重要手段,在生物医学工程与工业器件制造等高新技术产业领域中具有广阔的发展前景。相干数字全息技术是实现定量相位成像功能的主要方法之一,借助数字聚焦能力,其理论上可在相同的测量范围、横向采样和测量时间情况下,达到更高的深度测量精度,但在实际应用中零阶衍射与孪生像、非共路背景干扰等问题限制了其达到理论的测量精度。针对上述问题,本文采用焦面分割偏振同步相移同轴全息方法消除了零阶衍射与孪生像的影响,并针对该方法开展了如下主要研究工作:1)构建了焦面分割偏振同步相移数字全息成像的物理光学模型,通过该模型分析了影响相位测量精度的探测器孔径衍射、非共路背景干扰与折叠相位展开误差因素,以及影响成像分辨率的光场采样间隔与系统数值孔径因素。以球面相位板与分辨率板为测试目标,通过数值仿真与平台实验对成像全过程与性能影响因素进行了验证;仿真与实验测得相位误差标准差为3.625(6(9（0.577）与3.327（6（9（0.530）,测得超像素法成像极限分辨能力约为12.418）。2）针对同步相移数字全息相位测量精度的主要影响因素,提出了综合切趾滤波、二次曝光与质量图引导的相位畸变补偿方法,数值仿真与平台实验测得补偿后的球面相位目标与理论值间的相位偏差标准差分别为3.619(6(9（0.576）、3.090(6(9（0.492）、0.050(6(9（0.008）与3.323(6（9（0.529）、2.355（6（9（0.375）、0.709（6（9（0.113）,实现了对孔径衍射、背景干扰与展开误差的有效补偿。与直接重构测量方法相比,该方法理论上可将测量误差缩减约2个数量级。3）针对同步相移数字全息的超像素图像重构法空间带宽积降低问题,提出过采样超像素图像重构方法以及图像拼接、平移与插值三种实现方式,将超像素法12.418）极限成像分辨率提升至约6.908）,实现了像素级分辨率成像。针对无透镜全息系统数值孔径较小问题,采用基于物镜成像的像面全息方法,将过采样超像素法6.908）极限分辨率进一步提升至1.238）,实现了20倍物镜衍射极限分辨率成像。无透镜成像与显微物镜成像都达到了系统极限分辨能力。
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