[发明专利]一种实现边缘增强成像的方法及系统

说明书

本发明公开了一种实现边缘增强成像的方法及系统，通过将扩束和准直后的高斯光束投射到物体上，接着，对透过物体的光束进行第一傅里叶变换，对经过第一傅里叶变换后的光束进行调制，并对调制后的光束进行第二傅里叶变换后成像，其中，对光束进行调制的滤波函数的得到过程如下：先结合振幅和相位对边缘增强成像的调制作用，通过将四个高斯函数叠加得到点扩散函数，满足其主瓣周围没有多余旁瓣，并通过利用傅里叶变换，对点扩散函数进行反向计算，从而得到的，可以在第二傅里叶透镜的傅里叶平面实现分辨率高而且各向同性的边缘增强成像。

技术领域

本发明涉及边缘增强成像技术领域，特别涉及一种实现边缘增强成像的方法及系统。

背景技术

边缘增强成像技术在成像领域有着很大的应用，1942年，Zernike首次实现了相位对比成像，从那之后，大量的工作都用来研究这种技术，Marr和Torre等人在理论上对边缘增强成像有很大的贡献。目前常用来实现边缘增强成像的技术主要有①数值空间微分成像②微分干涉对比度成像③希尔伯特转换滤波成像。

2018年，朱腾峰利用表面等离激元结构在实验中实现了空间微分的边缘增强成像，但这种数字成像技术在物体没有明显的特征的情况下不能很好的实现相位对。关于微分干涉对比度成像在实现起来就相对简单一点，可以利用空间光调制器来简化光路进而完成成像操作，不过这种技术的成像结果是各向异性的。而希尔伯特转换滤波成像则是利用里空间滤波的思想，在4f系统的频谱面上加上滤波片来实现边缘增强成像，想要实现希尔伯特转换，最实用的方法是利用螺旋位相板。

在光学微波领域，螺旋位相板被大量的使用来重构生物标本边缘的振幅和相位信息。随着技术的发展，方向可选的边缘增强成像可以通过矢量光学滤波片、分数阶涡旋滤波片和相移涡旋滤波片来实现。同时涡旋透镜在边缘增强成像中也有很大的应用价值。但是我们发现由于传统的涡旋位相板的点扩散函数的主瓣两侧存在大量的多余旁瓣，这种现象会让成像结果在边缘处出现衍射噪声，使结果不均匀，而且这种效应会随着拓扑和的增加而变得严重。为了解决这个问题从而提高成像质量，拉盖尔高斯滤波片、贝塞尔型滤波片、艾利螺旋位相滤波片被设计出来用于抑制多余旁瓣，从而得到均匀的、分辨率高的边缘成像结果。目前边缘增强成像技术在红外照明、生物成像、天文观测、指纹鉴定和远距离遥感等领域都有重大的应用前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的之一在于提供一种实现边缘增强成像的滤波片。采用如下技术方案：

一种实现边缘增强成像的方法，其包括：

产生高斯光束；

对所述高斯光束进行扩束和准直，并将扩束和准直后的高斯光束投射到物体上；

对透过物体的光束进行第一傅里叶变换；

对经过第一傅里叶变换后的光束进行调制；

对调制后的光束进行第二傅里叶变换后成像；

其中，对光束进行调制的滤波片的滤波函数为：

(其中，代表频谱面的径向坐标，FT代表傅里叶变换，代表频谱面上半径为R的圆形孔，该圆形孔为定义域，定义域内值为1，定义域外值为0，h(x,y)为滤波函数的点扩散函数，其由四个高斯函数叠加得到，(x,y)代表成像面的坐标，ω₀是高斯束腰，d₀是任意常数)。

作为本发明的进一步改进，对所述高斯光束进行扩束和准直，具体包括：通过扩束镜对高斯光束进行扩束和准直。

作为本发明的进一步改进，所述第一傅里叶透镜和第二傅里叶透镜的焦距相等。

本发明目的之二在于提供一种实现边缘增强成像的系统。采用如下技术方案：