[发明专利]基于数字插值和相位迭代的全息显微成像方法

说明书

本发明提供一种基于数字插值和相位迭代的全息显微成像方法，包括步骤：搭建成像系统；利用所述成像系统获取一样品的全息图；对所述全息图做数字差值获得插值全息图；通过处理所述插值全息图，获得一第一像面处的光场分布；对所述第一像面处的光场分布进行一定次数迭代，获得所述样品所在平面所对应的一样品面的最终光场分布，并将其作为输出结果。本发明的一种基于数字插值和相位迭代的全息显微成像方法，能够有效提高成像分辨率并能有效消除相位信息缺失产生的孪生像，具有分辨率高、有效性强、操作便捷和适应性强的优点。

技术领域

本发明涉及全息成像领域，尤其涉及一种基于数字插值和相位迭代的全息显微成像方法。

背景技术

显微成像技术被广泛应用于生物医学、医疗健康、病理等众多重要领域，是现代检疫检测与科学研究不可或缺的工具，是人们通往微观世界大门的钥匙。一直以来，在微米级成像区，显微成像技术的载体都是传统的光学显微镜，传统光学显微镜是几何光学的重要应用，是利用若干透镜的组合实现光学放大，基本结构包括显微物镜，目镜，光源以及载物台。简单的结构以及高质量的成像效果使得传统显微镜在生产生活中占据重要的位置。二十世纪光学理论和相关技术的飞速发展并未给显微镜的基本结构带来冲击，而新的要求在生产实践中不断产生，传统显微镜的不足逐渐凸显。作为基于透镜的成像系统，透镜的固有缺陷成为提高其成像质量的一大瓶颈，如何更有效地消除透镜的像差一直都是光学设计的重点。一个有效的做法是通过多个透镜的组合来消除自身的固有像差。透镜的组合使得显微镜的造价成本急剧上升，例如一个高端的显微物镜价格可以达到几千美元；与此同时，自身重量也会快速增加，与现代便携式的观念背道而驰。传统显微镜的另一个缺点就是成像视场小，视场和放大率不能兼顾，在高倍率成像条件下，所观察的视场将变得非常小，不利于进行多目标观测。

全息成像是一种全新的成像技术。该成像方法不仅能记录更多的信息(强度和相位)，而且是一种无透镜成像技术，这使得成像光路更紧凑，利于集成。数字全息成像作为全息成像的主流发展方向之一，具有方法简单、成像速度快、鲁棒性强等优点，但也存在分辨率不足的问题。同轴全息作为结构最简单的一种结构，其分辨率主要由两部分决定：成像系统的数字孔径(NumericalAperture,NA)以及成像元件(CMOS/CCD)的像素大小。当在较短距离内传播时，对光波传播描述最为精确的标量计算方法是角谱传播理论(AngularSpectrummethod)，数字全息重建时，角谱传播理论得到的物面和像面采样间隔是一致的。数字记录时成像元件的像素尺寸决定了记录采样时对全息图的采样间隔，也决定了所能重建最大空间频率。如果光源波长λ＝473nm，传播距离z＝5mm，CMOS像元尺寸Δ＝2.2μm，像素数N＝1000，由Rayleigh(瑞利)衍射限制的分辨率为R≈0.7μm，而Nyquist频率(尼奎斯特频率)限制的分辨率为4.4μm，因此对于紧凑型数学全息成像系统，成像元件的像元尺寸是最终的限制因素。

目前，克服像素大小对分辨率限制的方法基本都是基于图像亚像素分辨率算法。具体做法是利用亚像素分辨率算法合成多张低分辨率的图像组合成一幅高分辨率图像，其原理是利用亚像素分辨率算法得到这些低分辨率图片的相对亚像素位移，通过算法得到高分辨率合成图像。

综上所述，现有的提高数字同轴全息重构分辨率的方法存在的主要问题是：(1)需要通过多张图像合成，极大降低了成像效率；(2)亚像素分辨率算法是样品相关的，对不同样品所得到的结果误差相差较大。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于数字插值和相位迭代的全息显微成像方法，能够有效提高系统的成像分辨率并能有效消除相位信息缺失产生的孪生像，具有分辨率高、有效性强、操作便捷和适应性强的优点。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于数字插值和相位迭代的全息显微成像方法，包括步骤：

S1：搭建一成像系统；

S2：利用所述成像系统获取一样品的全息图；