[发明专利]一种高分辨率连续太赫兹波叠层成像方法

说明书

本发明公开了一种高分辨率的连续太赫兹叠层成像方法，该方法包括用发散球面波照射物体，有效利用全部的光束能量，根据几何关系，面阵式探测器采集物体后放大了的衍射强度信息，从而增加采样，以此作为记录面约束条件，以ePIE算法流程为基础，将ePIE算法重建的物面物体复振幅透过率函数和探针函数作为初始猜测，获得衍射场的相位信息，因此可以获得足够的信息唯一地定义物体的出射光场。通过迭代数值计算的方式外推出面阵式探测器外围没有记录到的部分高衍射级次信息，扩大系统的数值孔径。该方法在不增加光路复杂性的前提下，有效提高了重建物体的横向分辨率和成像质量，降低了实验分辨率对面阵式探测器靶面尺寸和像元尺寸的要求。

技术领域

本发明涉及一种高分辨率的连续太赫兹波叠层扫描全场定量相衬成像方法，特别是涉及一种基于发散球面波探针加外推算法的高分辨率的连续太赫兹波叠层扫描全场定量相衬成像方法以提高成像的横向分辨率。

背景技术

太赫兹波是频率在0.1-10THz之间的电磁波，对应波长为0.03到3mm，具有宽光谱、高穿透性、低能性、惧水性等多种重要特性，在医学成像、无损检测、安检反恐、宽带通信、生物传感等诸多领域都显示出其巨大的科学意义和应用价值，太赫兹成像技术作为太赫兹波段主要应用之一，扮演了越来越重要的角色。太赫兹叠层成像技术是一种通过交叠采集冗余的衍射图样信息恢复出样品复振幅分布的无透镜相干衍射成像技术，其原理为：在保证相邻两次照明光满足交叠率的基础上，改变照明光与样品的位置,通过采集阵列扫描的衍射图样信息，通过传统的叠层再现算法(ePIE，extendedptychographic iterativeengine)，能够快速准确地重建出样品的复振幅透过率函数和照明光束的复振幅分布。叠层成像方法的重建物体相位分布不受除物体本身特性的其他因素影响，且成像光路简单，系统的分辨率只与系统的数值孔径和记录距离有关，在记录距离一定的情况下，更大的系统数值孔径可以获取更多的衍射信息。现阶段太赫兹波段的探测器受制备工艺的限制，无法扩大探测器的靶面尺寸和缩小探测器的像元尺寸，而合成孔径作为一种机械移动面阵式探测器位置来采集更多高频信息的方法会加大太赫兹叠层成像方法的数据量和记录时间，过长的记录时间对设备和环境的稳定性提出了更高的要求。为此我们提出了一种高分辨率的太赫兹叠层成像方法，采用发散球面波作为叠层探针可以有效利用全部的光束能量，且根据几何关系得到放大了的衍射信息，从而增加采样，提高系统的成像横向分辨率；将ePIE算法在物面重建的低分辨率物体复振幅透过率函数和探针函数作为初始猜测，面阵式探测器采集到的低衍射级次强度信息作为记录面约束条件，以迭代数值计算的方式外推出没有记录到的部分高衍射级次信息。该方法在不增加光路复杂性的前提下，有效提高了重建物体的横向分辨率和成像质量，降低了实验分辨率对面阵式探测器靶面尺寸和像元尺寸的要求。

发明内容

本发明的目的在于用发散球面波照射物体，面阵式探测器采集物体后的衍射强度信息，以此作为记录面约束条件，通过迭代数值计算的方式外推出面阵式探测器外围没有记录到的衍射强度信息。通过几何关系可以看出，物体的衍射信息在记录面被放大，实际上可以看作探测器的物理像元尺寸变小，且外推出更多的衍射强度信息有效增加了系统的数值孔径，有更多衍射强度信息重建物体的复振幅透过率函数，从而得到分辨率更高的重建像，在不改变光路复杂性的基础上，降低了对实验设备和实验环境的要求，有效提高了成像质量和保真度，重建获得高分辨率的物体复振幅透过率函数。