[发明专利]基于已知先验信息约束的叠层成像技术

说明书

技术领域

本发明涉及成像技术，具体涉及一种将待测样品周围放置一些已知先验信息的物体，并将已知物和样品一起扫描的叠层成像。

背景技术

由Ptychography原理的基本实现方式及希腊词根“Ptych”的含义，本发明将Ptychography暂译为叠层成像技术。叠层成像技术是一种无透镜的扫描相干衍射成像系统，为了获取待测样品的复振幅信息，移动一个全透的小圆孔(或样品本身)使入射平面波照射到样品的不同部位，并利用由此得到的一系列衍射强度图样通过计算机叠层迭代算法重建出样品的振幅与位相信息。参见(Ultramicroscopy 10(3)：187～198，1987)。叠层迭代算法本质上属于一种相位恢复算法，但是它又与传统的相位恢复算法不同，在对每个位置的衍射分布进行相位恢复时都进行了约束，解决了重建图像的二义性问题。同时，叠层成像术的基本实现是照明探针即小圆孔与样品的相对移动，属于无透镜成像，因而系统的复杂度显著降低。

然而，用现有的叠层成像技术进行成像时主要受限于三个因素：(1)扫描孔径无法达到精确的对准，不可避免地会有一定的平移误差，从而影响实验结果；(2)外界光线等噪声以及系统自带噪声也会使恢复出的实验结果不理想；(3)当扫描孔径存在平移误差的情况下，收敛速度有一定的提高空间。参见(Acta Crystallogr：A 25，495，1969)。目前叠层成像主要采用高规格的电动平移台来降低平移误差，但是该方案使得实验成本大幅增加，同时仍然存在一定的系统噪声，影响成像的质量。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，解决现有叠层成像技术中平移误差以及系统噪声影响实验结果的问题，同时使收敛速度进一步增快。

本发明的目的可通过以下技术措施实现：

首先用激光器照射待测样品，并将其在物平面内按叠层扫描的方式进行平移，用图像传感器依次记录下各扫描位置所对应的振幅强度图像；随后在计算机上对记录的振幅强度图像进行基于已知先验信息的叠层迭代算法处理，重现出待测样品各层的复振幅图像。

所述叠层扫描是这样一种扫描方式，待测样品在物平面内依次平移一定的距离，平移时需保证相邻平移位置间待测样品上被光束照明的区域内存在一定的交叠。

本发明所用成像算法为基于已知先验信息的叠层扫描迭代重建算法，它的具体实现过程为：

算法：

(1)在计算机上对样品做初始猜测为O_in(x，y)。(初始时i＝1为迭代次数，n＝1为第一个probe)。

(2)物体由照明探针P_n(x，y)照明后传输到CCD面上：

Ψ_in(ξ，η)＝FrT_λ，d[P_n(x，y)·O_in(x，y)]  (1)(3)将由CCD的拍摄到的光强分布作为约束条件带入到迭代恢复过程中：

ψin′(ξ,η)=I·(|ψin(ξ,η)|/|ψin(ξ,η)|)---(2)]]>

(4)将2式逆衍射回物面