一種非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于非相干全息三維成像技術(shù)領(lǐng)域，特別公開(kāi)了一種非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]全息成像是利用干涉原理，將物光波的振幅和相位信息以干涉條紋的形式記錄到全息圖中，通過(guò)衍射效應(yīng)重建出包含物體深度信息的三維圖像。傳統(tǒng)全息以激光為光源，導(dǎo)致對(duì)光源相干性、系統(tǒng)穩(wěn)定性的高度依賴，使全息技術(shù)的應(yīng)用受到極大限制。數(shù)字全息使用圖像傳感器(CCD/CM0S)進(jìn)行記錄，通過(guò)數(shù)據(jù)處理在計(jì)算機(jī)中重建物體的三維圖像，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信息豐富、圖像質(zhì)量提高，但是仍未克服對(duì)光源和系統(tǒng)的依賴性。近年來(lái)，RosenJ 等提出的 Fresnel 非相干相關(guān)全息(Fresnel incoherent correlat1n holography,FINCH)實(shí)現(xiàn)了空間非相干物光波的自干涉，利用自干涉技術(shù)克服了對(duì)光源和系統(tǒng)的依賴性，將三維全息成像技術(shù)從相干領(lǐng)域真正地拓展到了非相干領(lǐng)域。Rosen J和Brooker G設(shè)計(jì)出基于FINCH結(jié)構(gòu)的三維靜態(tài)非掃描熒光全息顯微系統(tǒng)，萬(wàn)玉紅等基于LabVIEW環(huán)境開(kāi)發(fā)了 FINCH實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)，鐘麗云等研究發(fā)現(xiàn)，在相同實(shí)驗(yàn)條件限制下，空間光調(diào)制器上加載兩個(gè)球面波的情況達(dá)到的分辨率遠(yuǎn)大于加載單個(gè)球面波的情況。上述非相干數(shù)字全息的研究多數(shù)集中于生物、醫(yī)學(xué)等顯微成像系統(tǒng)，然而，對(duì)于集成望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)與非相干全息的非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息的研究報(bào)道相對(duì)較少。Kim M K等利用自干涉技術(shù)，提出了非相干自干涉彩色數(shù)字全息。非相干自干涉數(shù)字全息雖然集成了望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，但是采用Michelson干涉儀作為非相干相關(guān)器和分束器，利用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器控制相移量。由于Michelson干涉儀結(jié)構(gòu)對(duì)距離控制精度高度依賴，相移量準(zhǔn)確度也直接影響成像的信噪比。另外，非相干自干涉彩色數(shù)字全息還存在實(shí)驗(yàn)參數(shù)不協(xié)調(diào)、物體再現(xiàn)像的重建距離偏大、信號(hào)強(qiáng)度弱等一系列問(wèn)題。這些問(wèn)題極大地制約了非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息技術(shù)在衛(wèi)星成像、天文學(xué)成像和工程檢測(cè)等宏觀領(lǐng)域的工業(yè)化和商業(yè)化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供了一種非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置。
[0004]基于上述目的，本實(shí)用新型采取了以下技術(shù)方案:一種非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置，包括依次設(shè)置在光路上的會(huì)聚/準(zhǔn)直系統(tǒng)、偏振片、干涉濾光片、相位型空間光調(diào)制器和圖像傳感器，圖像傳感器的輸出端與中央處理單元的輸入端相連接。目標(biāo)物體透射或反射的光線經(jīng)會(huì)聚/準(zhǔn)直系統(tǒng)輸出為平行光束，該平行光束進(jìn)一步經(jīng)偏振片、干涉濾光片和相位型空間光調(diào)制器依次處理后得到的全息圖由圖像傳感器接收，圖像傳感器將信號(hào)輸出給中央處理單元，由中央處理單元通過(guò)相移技術(shù)和衍射再現(xiàn)算法重建出目標(biāo)物體的像。
[0005]所述會(huì)聚/準(zhǔn)直系統(tǒng)包括同軸設(shè)置的會(huì)聚透鏡和準(zhǔn)直透鏡，所述會(huì)聚透鏡較準(zhǔn)直透鏡近于目標(biāo)物體，會(huì)聚透鏡對(duì)于目標(biāo)物體所成的像位于準(zhǔn)直透鏡的前焦平面附近。
[0006]所述會(huì)聚/準(zhǔn)直系統(tǒng)包括同軸設(shè)置的準(zhǔn)直反射鏡和中央開(kāi)孔的凹面反射鏡；準(zhǔn)直反射鏡的設(shè)置位置較凹面反射鏡近于目標(biāo)物體，所述中央開(kāi)孔的凹面反射鏡對(duì)目標(biāo)物體所成的像位于準(zhǔn)直反射鏡的焦面附近。
[0007]所述相位型空間光調(diào)制器的像素?cái)?shù)目為1920X1080 pixels，像素間隔為8 μπι,相位線性調(diào)控范圍為O?2 。
[0008]所述干涉濾光片的中心波長(zhǎng)為532 nm或632.8 nm，帶寬為10 nm。
[0009]所述圖像傳感器為電荷耦合器件，其像素?cái)?shù)目為1024X1024 pixels，像素間隔為
6.45 μ m0
[0010]所述相位型空間光調(diào)制器上加載兩個(gè)不同半徑的球面波。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0012]I)提供一種基于空間光調(diào)制器的新型非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置，在白光或者自然光照明條件下均能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)物體的三維成像。
[0013]2)成像裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)量小、成像速度快、成像系統(tǒng)環(huán)境要求低等特性，適于全息技術(shù)的工業(yè)化和商業(yè)化應(yīng)用，在軍事、遙感衛(wèi)星、天文學(xué)和工程檢測(cè)等宏觀領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是實(shí)施例1中本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是實(shí)施例2中本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
[0017]—種非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置，如圖1所示，包括依次設(shè)置在光路上的會(huì)聚/準(zhǔn)直系統(tǒng)、偏振片7、干涉濾光片8、相位型空間光調(diào)制器9和圖像傳感器10，圖像傳感器10的輸出端與中央處理單元的輸入端相連接。
[0018]會(huì)聚/準(zhǔn)直系統(tǒng)包括同軸設(shè)置的會(huì)聚透鏡3和準(zhǔn)直透鏡4，會(huì)聚透鏡3較準(zhǔn)直透鏡4近于目標(biāo)物體2，會(huì)聚透鏡3對(duì)于目標(biāo)物體2所成的像位于準(zhǔn)直透鏡4的前焦平面。
[0019]其光路過(guò)程為:白光光源I發(fā)出的入射光照射目標(biāo)物體2，由目標(biāo)物體2透射或者反射光波經(jīng)會(huì)聚透鏡3會(huì)聚、準(zhǔn)直透鏡4準(zhǔn)直后，依次經(jīng)過(guò)偏振片7和干涉濾光片8，透射光經(jīng)過(guò)相位型空間光調(diào)制器9調(diào)制后，由圖像傳感器10接收。會(huì)聚透鏡3對(duì)目標(biāo)物體2所成的像位于準(zhǔn)直透鏡4的前焦平面。干涉濾光片8的中心波長(zhǎng)為632.8 nm,的相位型空間光調(diào)制器9的像素?cái)?shù)目為1920X1080 pixels，像素間隔為8 μ m，圖像傳感器10為電荷耦合器件(XD，并且電荷耦合器件CXD的像素?cái)?shù)目為1024X 1024 pixels，像素間隔為6.45 μπι。
[0020]利用該裝置分別對(duì)分辨率板和刻度尺進(jìn)行記錄。采用三步相移技術(shù)計(jì)算出分辨率板的復(fù)值全息圖，其相移算法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為H = [10-1II+j(2IIl/2- 1。-1?)]/4，其中H為合成全息圖；I。、I π/2、I11分別對(duì)應(yīng)相移量0、JT /2、JT的全息圖，j為虛數(shù)。
[0021]然后采用三步相移技術(shù)計(jì)算出分辨率板的復(fù)值全息圖，再利用衍射再現(xiàn)算法重建出分辨率板的像。利用該裝置記錄的刻度尺的非相干全息圖強(qiáng)度分布，采用三步相移技術(shù)計(jì)算出的刻度尺的復(fù)值全息圖，利用衍射再現(xiàn)算法重建出的刻度尺的像。在白光或者自然光照明下，利用該非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置能夠快速記錄并再現(xiàn)出任意遠(yuǎn)場(chǎng)物體清晰的三維圖像。
[0022]實(shí)施例2
[0023]—種非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置，如圖2所示，本裝置與實(shí)施例1不同之處在于:會(huì)聚凸透鏡3由中央開(kāi)孔的凹面反射鏡5代替，準(zhǔn)直凸透鏡4由準(zhǔn)直反射鏡6代替，并且準(zhǔn)直反射鏡6位于中央開(kāi)孔的凹面反射鏡5的前端，準(zhǔn)直反射鏡的設(shè)置位置較凹面反射鏡近于目標(biāo)物體，所述中央開(kāi)孔的凹面反射鏡對(duì)目標(biāo)物體所成的像位于準(zhǔn)直反射鏡的焦面。
[0024]由白光光源I發(fā)出的入射光照射目標(biāo)物體2，由目標(biāo)物體2透射或者反射光波經(jīng)中央開(kāi)孔的凹面反射鏡5會(huì)聚、準(zhǔn)直反射鏡6準(zhǔn)直后，依次經(jīng)過(guò)偏振片7和干涉濾光片8，透射光經(jīng)過(guò)相位型空間光調(diào)制器9調(diào)制后，由圖像傳感器10接收。中央開(kāi)孔的凹面反射鏡5對(duì)目標(biāo)物體2所成的像位于準(zhǔn)直反射鏡6的焦平面。其中，干涉濾光片8的中心波長(zhǎng)為532鹽，相位型空間光調(diào)制器9的像素?cái)?shù)目為1920X1080 pixels，像素間隔為8 ym，圖像傳感器10為CCD，并且CCD的像素?cái)?shù)目為1024X1024 pixels，像素間隔為6.45 μπι。
[0025]利用該成像裝置對(duì)三維物體全息圖記錄，再通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬全息圖記錄和再現(xiàn)過(guò)程。成像裝置對(duì)三維物體的計(jì)算機(jī)模擬的復(fù)值全息圖，采用衍射再現(xiàn)算法重建出的三維物體的像。在白光或者自然光照明下，利用該非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置能夠快速記錄并再現(xiàn)出任意遠(yuǎn)場(chǎng)物體清晰的三維圖像。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置，其特征在于，包括依次設(shè)置在光路上的會(huì)聚/準(zhǔn)直系統(tǒng)、偏振片、干涉濾光片、相位型空間光調(diào)制器和圖像傳感器，圖像傳感器的輸出端與中央處理單元的輸入端相連接。2.如權(quán)利要求1所述的非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置，其特征在于，所述會(huì)聚/準(zhǔn)直系統(tǒng)包括同軸設(shè)置的會(huì)聚透鏡和準(zhǔn)直透鏡，所述會(huì)聚透鏡較準(zhǔn)直透鏡近于目標(biāo)物體，會(huì)聚透鏡對(duì)于目標(biāo)物體所成的像位于準(zhǔn)直透鏡的前焦平面附近。3.如權(quán)利要求1所述的非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置，其特征在于，所述會(huì)聚/準(zhǔn)直系統(tǒng)包括同軸設(shè)置的準(zhǔn)直反射鏡和中央開(kāi)孔的凹面反射鏡；準(zhǔn)直反射鏡的設(shè)置位置較凹面反射鏡近于目標(biāo)物體，所述中央開(kāi)孔的凹面反射鏡對(duì)目標(biāo)物體所成的像位于準(zhǔn)直反射鏡的焦面附近。4.如權(quán)利要求2或3所述的非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置，其特征在于，所述相位型空間光調(diào)制器的像素?cái)?shù)目為1920X1080 pixels，像素間隔為8 ym，相位線性調(diào)控范圍為O ?2 π 05.如權(quán)利要求4所述的非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置，其特征在于，所述干涉濾光片的中心波長(zhǎng)為532 11111或632.8 nm，帶寬為10 nm。6.如權(quán)利要求5所述的非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置，其特征在于，所述圖像傳感器為電荷耦合器件，其像素?cái)?shù)目為1024X1024 pixels，像素間隔為6.45 μπι。7.如權(quán)利要求6所述的非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置，其特征在于，所述相位型空間光調(diào)制器上加載兩個(gè)不同半徑的球面波。
【專利摘要】一種非相干望遠(yuǎn)數(shù)字全息成像裝置，屬于非相干全息三維成像技術(shù)領(lǐng)域，包括依次設(shè)置在光路上的會(huì)聚/準(zhǔn)直系統(tǒng)、偏振片、干涉濾光片、相位型空間光調(diào)制器和圖像傳感器，圖像傳感器的輸出端與中央處理單元的輸入端相連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)量小、成像速度快、成像系統(tǒng)環(huán)境要求低等特性，適于全息技術(shù)的工業(yè)化和商業(yè)化應(yīng)用，在軍事、遙感衛(wèi)星、天文學(xué)和工程檢測(cè)等宏觀領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】G03H1/06, G03H1/22, G03H1/12
【公開(kāi)號(hào)】CN204731530
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520283034
【發(fā)明人】梁二軍, 趙楠楠, 陳寶鑫, 王玲, 田勇志, 馬鳳英
【申請(qǐng)人】鄭州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年5月5日