[发明专利]一种相移数字全息高速成像方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于全息摄影技术领域，尤其涉及一种相移数字全息高速成像方法及系统。

背景技术

全息术自提出以来得到多方面的应用，如三维成像，形貌测量等，但是传统的光学全息术需要化学湿处理，过程复杂，且难以数据化，而数字全息术以数字相机来代替光敏记录介质，可直接得到数据，分析方便简单，因此引起很多学者的兴趣。但受到目前数字相机像元尺寸大，像素数少的限制，只能记录小角度的离轴全息图，无法记录高空间频率的信息。同轴全息术能充分利用相机的空间带宽积，但是再现像中的零级，正负一级严重重叠，再现结果受到零级和共轭像的干扰，无法清晰成像。1997年Yamaguchi等人提出的相移技术是消除零级和共轭像的有效方法，该方法的提出弥补了同轴和离轴数字全息的缺点和不足。但是该方法大多采用压电陶瓷、旋转波片等达到相移的结果，需要多次记录不同相移的全息图，因而无法应用于高速记录过程。为了用相移方法记录高速过程，日本学者Yasuhiro Awatsuji等提出采用平行相移的方法，该方法可记录高速过程，但是需要制作精确的掩膜，工艺复杂，且只能记录表面较均匀的物体，对于起伏较大的物体，再现结果误差大。另外，自成像方法包括使用特制衍射光学元件和光栅分数泰伯效应等来对参考光位相进行编码，可同时得到多个相移的参考光，然而二者的成像效果分别取决于衍射元件和制作的光栅的精度。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题在于提供一种相移数字全息高速成像方法，旨在消除零级和共轭像的前提下，实现高速实时成像、准确恢复原始图像的效果。

上述相移数字全息高速成像方法，包括下述步骤：

步骤A，利用光源照射目标物后产生物光，所述物光携带物有信息

步骤B，将零相移参考光和π相移参考光分别与所述物光进行干涉，每次同时形成两幅全息图；

步骤C，根据所述两幅全息图恢复目标物的原始光场。

本发明所要解决的第二个技术问题还在于提供一种相移数字全息高速成像系统，参考光产生组件，用于产生零相移参考光和π相移参考光；

全息图生成组件，用于将零相移参考光和π相移参考光分别与物光进行干涉，形成两幅全息图；所述物光携带有物信息，由光源照射目标物后产生；

原始光场恢复组件，用于根据所述两幅全息图恢复目标物的原始光场。

进一步地，所述相移数字全息高速成像系统还包括：

一激光器，用于产生连续激光；

第一透镜组，对所述激光进行准直处理；

半波片，改变经所述第一透镜组准直处理过的激光的偏振角度，产生线偏振光；

第一非偏振分束器，用于将所述半波片产生的线偏振光分成两束，一束照射目标物后形成物光，另一束输出至所述参考光产生组件以产生零相移参考光和π相移参考光。

进一步地，所述参考光产生组件包括：

第一偏振分束器，用于将接收到的线偏振光分成两束参考光束；

零相移参考光产生组件，用于将所述两束参考光束中的透射光作为零相移参考光输出；

两个共焦透镜，用于将所述反射光增加π相移，产生π相移参考光；

若干反射镜，分布于所述两个共焦透镜之前的光路、或之间的光路或之后的光路上，将所述π相移参考光输出所述全息图生成组件。

进一步地，所述全息图生成组件包括：

第二非偏振分束器，用于将物光、零相移参考光、π相移参考光进行合束，使物光与零相移参考光、π相移参考光具有相同的传输方向；

第二偏振分束器，用于将所述第二非偏振分束器合束后的输出光进行分束，使得零相移参考光和π相移参考光分别与所述相应偏振态的物光进行干涉，形成第一全息图和第二全息图。

进一步地，所述全息图生成组件包括：

第三偏振分束器，用于对零相移参考光和π相移参考光进行分束，并分别与相应偏振态的物光进行干涉，形成两幅全息图；

第一偏振器件，位于所述第三偏振分束器的透射光的出光侧，用于输出第一全息图；

第二偏振器件，位于所述第三偏振分束器的反射光的出光侧，用于输出第二全息图。

进一步地，所述原始光场恢复组件包括：

第一相机，用于接收所述第一全息图；

第二相机，用于接收所述第二全息图；

原始光场恢复系统，用于根据所述第一全息图和第二全息图表达为：