[发明专利]数字全息成像系统及全息影像的数值重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全息摄影技术，尤指一种数字全息成像系统及全息影像的数值重建方法。

背景技术

全息摄影术（holography）是一种三维立体影像的再现技术，其不同于一般摄影只储存了亮度资料，全息摄影储存了亮度（intensity）和相（phase）的资料，当以适当光源照射全息片（hologram）进行影像重建（reconstruct）时，可将真实般的三维立体影像重现于原记录位置。

一般来说，全息摄影是将雷射发射的光束，通过分光镜（beam splitter）分成两道光束，一束作为参考光束，另一束照射目标物，目标物经此光束照射后形成散射，物体光与参考光束相互干涉形成明暗干涉条纹，并由底片记录下来。

数字全息摄影术（digital holography）是一种通过电荷耦合元件（charge-coupled device，CCD）获取并处理全息干涉资料的技术，经过对量测而得的资料进行数值重建（numerical reconstruction），典型的数字全息摄影能够建立物体的三维表面或是其深度资讯。

然而，现行的数字全息摄影技术中，不论是采用何种架构，最终的数值计算都会受到空间频宽的限制（spatial bandwidth limit），以下列公式来作说明：

A×B<f(N)               (1)

其中A为可视区域（field ofview， FOV），B为解析度之倒数B=1/u，u为解析度，N为影像侦测器（image detector）的画素总数。也就是说，影像侦测器，如CCD，可记录的影像资料是有限的。为了突破空间频宽的限制，现有一种孔径综合（aperture synthesis）的技术，其通过平移影像侦测器，使其进行二维扫描，以等效成更高画素总数，此一方式聪明的解决了影像侦测器的画素限制，然而对影像侦测器进行平移会增加系统复杂度并大幅拉长量测时间，在实际运用上有其难度。

发明内容

本发明之目的在于提供一种数字全息成像系统及全息影像的数值重建方法，以缩短全息影像的量测时间，简化系统复杂度，同时提升重建影像的品质。

为达成上述目的，本发明提供一种数字全息成像系统，用以拍摄目标物，并以全息影像资料储存，所述系统包含：讯号光，其由光源照射该目标物后而形成；影像侦测器，用以记录该讯号光的干涉条纹；以及导光管，设置在该讯号光的光路上以及该目标物与该影像侦测器之间，其中该导光管具有反射面，部份之讯号光经由该导光管之反射面反射后进到该影像侦测器。

本发明另一方面提供一种全息影像的数值重建方法，适用于拍摄的目标物与影像侦测器之间设置有导光管的光学架构，所述方法包含步骤：利用影像侦测器撷取目标物的干涉影像；将该干涉影像转换为数据矩阵；沿该数据矩阵的多个边进行多次镜射，以扩张成一新的数据矩阵；以及对该新的数据矩阵进行数值重建，以获得该目标物所在平面之场分布。

本发明所提出的数字全息成像系统在讯号光的光路上、目标物与影像侦测器之间设置有导光管，该导光管具有反射面或全反射面，能够用来收集大角度的讯号光。配合本发明所提出的全息影像的数值重建方法，能够使所撷取的信号等效为数倍影像侦测器的画素总数，故能突破空间频宽的局限。相较于现有的孔径综合的技术，本发明可缩短全息影像的量测时间，简化系统复杂度，同时能够提升重建影像的品质。

附图说明

图1A显示本发明之数字全息成像系统的架构示意图。

图1B显示本发明之数字全息成像系统的另一架构示意图。

图2A显示本发明第一实施例之数字全息成像系统的示意图。

图2B显示本发明第二实施例之数字全息成像系统的示意图。

图2C显示本发明第三实施例之数字全息成像系统的示意图。

图2D显示本发明第四实施例之数字全息成像系统的示意图。

图2E显示本发明第五实施例之数字全息成像系统的示意图。

图2F显示本发明第六实施例之数字全息成像系统的示意图。

图3A显示本发明第七实施例之数字全息成像系统的示意图。

图3B显示本发明第八实施例之数字全息成像系统的示意图。

图3C显示本发明第九实施例之数字全息成像系统的示意图。

图4A显示本发明第十实施例之数字全息成像系统的示意图。

图4B显示本发明第十一实施例之数字全息成像系统的示意图。

图4C显示本发明第十二实施例之数字全息成像系统的示意图。