[发明专利]编码孔径相关全息术的虚拟点扩散函数记录方法

说明书

编码孔径相关全息术的虚拟点扩散函数记录方法，属于计算成像、编码成像领域。记录编码孔径相关全息术的点扩散函数时，受到点光源尺寸和功率的限制，其成像距离和空间分辨率被制约。本发明通过波前调制器件模拟点光源的波前，并记录相应的强度分布，此强度分布被称为虚拟点扩散函数。虚拟点扩散函数与真实点扩散函数具有近似的强度分布模式，可以代替真实点扩散函数进行图像重建。相比于经典编码孔径相关全息术，本方法具有更高的空间分辨能力和更远的重建距离。

技术领域

本发明涉及编码孔径相关全息术的虚拟点扩散函数记录方法，属于计算成像、编码成像领域，尤其涉及通过波前调制记录点扩散函数的领域。

背景技术

全息术在成像领域中，备受瞩目的原因是其具有立体成像、定量深度测量的能力。传统全息术采用激光作为光源，同时也受到散斑噪声的干扰，因此各种非相干全息术被提出，其中包括编码孔径相关全息术(Coded aperture correlation holography,COACH)。COACH工作过程中，需要记录N副点扩散函数(点扩散函数指代强度的点扩散函数)，并从N副点扩散函数图像合成点扩散全息图。但是记录点扩散函数需要点光源，直接采用点光源记录有两个弊病：第一个弊病是难以重建小尺度物体，第二个弊病是难以重建远距离物体。这是因为COACH系统所能重建最小的尺度是点光源的尺度。但是小尺寸点光源的光功率低，很难记录。点光源产生近似球面波，而且其振幅与距离呈反比关系，远距离点光源的光照度低，不可能直接记录，必须采用某种间接的方式。

目前COACH系统都采用了直接点光源记录的方法，不可避免的出现上述问题。为此，本发明提出了编码孔径相关全息术的虚拟点扩散函数记录方法。

发明内容

编码孔径相关全息术的虚拟点扩散函数记录方法，本方法适用于各种COACH系统。基础COACH系统包括光源、编码相位掩膜(Coded phase mask,CPM)、图像传感器，非相干光从所述光源出发，衍射至所述CPM，被所述CPM调制后，衍射至所述图像传感器。所述CPM可以通过任意可生成相位的算法计算得到，比如Gerchberg-Saxton(GS)算法及其改进算法、光学传输矩阵、角谱衍射积分等等。本方法包括如下步骤：步骤1，光源空间相干性选择；步骤2，虚拟点扩散函数记录；步骤3，合成点扩散全息图；步骤4，重建图像。

定义第k幅所述CPM为CPM_k。

步骤1：在非相干光从所述光源出发，到达所述CPM过程中，对所述光源输出的所述非相干光进行空间滤波，使得非相干光转变为部分相干光。所述部分相干光衍射至所述CPM后，空间横向相干尺寸不小于所述CPM的最大横向尺寸，也不小于所述图像传感器的最大横向尺寸。所述空间滤波，通过限制所述非相干光的发散角，将所述非相干光转化为所述部分相干光。所述发散角的数值与所述部分相干光的空间横向相干尺寸负相关，故所述部分相干光的空间横向相干尺寸可通过所述空间滤波调节。所述部分相干光与所述非相干光的相干长度相同。所述部分相干光和所述非相干光具有同样的光谱。所述非相干光和所述部分相干光均为准单色光；所述光谱具有唯一的峰值，且半高宽不大于30nm。

步骤2：距离为z的点光源形成的球面波复振幅S(z)＝exp[jπλ^-1z^-1(x²+y²)]，其中λ为所述非相干光的中心波长，x、y分别为横向坐标轴与纵向坐标轴。在所述CPM所在平面上，加载CPM_k的复振幅与S(z)的积。CPM_k的复振幅与S(z)的积，用于模拟距离为z的点光源，在所述CPM所在平面的复振幅。所述部分相干光衍射至所述CPM所在平面，并被调制后，衍射至所述图像传感器。所述图像传感器记录强度分布P_k(r)，其中r＝(x,y)。P_k(r)被称为虚拟点扩散函数。P_k(r)的强度分布与距离为z的点扩散函数近似，可用于替代真实的点扩散函数。