[发明专利]一种基于单强度测量的两步相位恢复方法、设备及系统

说明书

本发明公开了一种基于单强度测量的两步相位恢复方法、设备及系统，属于光学成像技术领域，包括对2D复光场的振幅和相位进行初始化，得到初始化空间振幅A₁和初始化相位根据初始化空间振幅A₁和初始化相位合成复振幅g(x,y)；对复振幅g(x,y)进行傅里叶变换、傅里叶逆变换的循环迭代，得到2D编码孔径平面上复光场在空间域的振幅估计值；基于双强度相位恢复算法，对空间域的振幅信息和测量得到的频域振幅信息进行处理，恢复2D编码孔径平面上复光场在空间域的相位。本发明显著提高重建相位的质量和重建成功率。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别涉及一种基于单强度测量的两步相位恢复方法、设备及系统。

背景技术

相位恢复是从记录的强度测量结合已知的先验知识恢复丢失的相位信息，已在成像领域起着非常重要的作用，如：X射线晶体学、光学、天文成像、显微镜以及生物医学等。

Gerchberg和Saxton两人最早提出交替投影的相位恢复算法——GS算法(Gerchberg-Saxton algorithm)。该算法主要是使用空间域和傅里叶域的强度数据来恢复光场的相位。随后，Fienup证明了GS算法具有明显的误差下降性质，并且提出了误差减少(Error Reduction,ER)算法和混合输入输出(Hybrid Input-Output,HIO)算法。目前，ER算法和HIO算法被认为是相位恢复领域中最有效的方法。由于以上算法只针对正变换系统，而对于任意线性变换系统却无人问津。因此，杨国祯和顾本源提出了任意线性变换系统中幅度相位检测理论，即杨-顾算法(简称Y-G算法)。2015年，郭等人优化了迭代算法，并提出两种改进的GS迭代相位恢复算法——空间相位扰动Gerchberg-Saxton算法和组合GS混合输入输出算法。对于两种改进的算法，平方误差值的平方值迅速下降至可接受的值，在空间域和傅里叶域中可以成功恢复丢失的相位，这意味着两种算法都可以跳出局部最小值并收敛到全局最小值。

最早提出的GS算法是针对两个平面的强度测量，但在有些情况下无法测量两个平面的强度。因此，相关学者提出了基于单强度测量的GS算法，并且结合一些先验知识来恢复相位。由于单强度测量的相位恢复方法存在重建质量差、成功率较低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单强度测量的两步相位恢复方法，以提高相位重建质量。

为实现以上目的，本发明采用一种基于单强度测量的两步相位恢复方法，其用于对图像传感器捕获的2D复光场的强度信息进行处理，图像传感器设置在透镜的后焦面，透镜的前焦面设置2D编码孔径M，该方法包括：

对2D复光场的振幅和相位进行初始化，得到初始化空间振幅A₁和初始化相位

根据初始化空间振幅A₁和初始化相位合成复振幅g(x,y)；

对复振幅g(x,y)进行傅里叶变换、傅里叶逆变换的循环迭代，得到2D编码孔径平面上复光场在空间域的振幅估计值；

基于双强度相位恢复算法，对空间域的振幅信息和测量得到的频域振幅信息进行处理，恢复2D编码孔径平面上复光场在空间域的相位。

进一步地，所述对复振幅g(x,y)进行傅里叶变换、傅里叶逆变换的循环迭代，得到空间域的振幅信息，包括：

S101、对复振幅g(x,y)进行傅里叶变换，得到频域的复振幅G(ξ,η)；

S102、将频域内记录的频域振幅A₂代替频域复振幅G(ξ,η)的振幅，得到合成后的频域复振幅G′(ξ,η)；

S103、对频域复振幅G′(ξ,η)进行傅里叶逆变换，得到空间域的复振幅g′(x,y)；