[发明专利]一种基于傅里叶功率谱探测的单像素相位成像方法

摘要

本发明公开了一种基于傅里叶功率谱探测的单像素相位成像方法，属于相位成像领域：使用部分随机哈达玛矩阵作为测量矩阵；使用LED阵列(1)照明，输入哈达玛矩阵控制其阵点的发光顺序；利用光学傅里叶透镜(4)形成频谱面(5)，由单个光信号探测器(6)测量中央的复合功率信号，利用非对称蒙版消除重影噪声；使用频域压缩感知重建算法与相位恢复算法联合恢复样本的相位信息。本发明使用Fourier ptychography理论作为基础，应用压缩感知理论作为减少采样数据量的方法，能以低采样率采样，显著降低了数据量的同时，获得良好的相位信息，且不会出现halo效应。

主权项

1.一种基于傅里叶功率谱探测的单像素相位成像方法，包括以下几个部分：①测量矩阵，所述测量矩阵为部分随机哈达玛矩阵，要求其对中央频谱以及对角线频谱具有较完整的测量效果，对于一个M行N列的哈达玛矩阵(M＜＜N)，R＝M/N是其所对应的采样率。②以LED阵列(1)作为照明光源，所述LED阵列(1)的核心功能在于提供多角度的照明，并方便计算机编程控制；所述LED阵列(1)通过输入所述哈达玛矩阵进行发光控制；第一次测量要求使所述LED阵列(1)的全部阵点发光，这样的一次对样本(3)的照明操作将给出一个预测量信号。③以非对称蒙版，对样本进行遮罩，由于相位恢复的求解过程并不一定能够收敛到全局最优解上，同时由于频谱相位的缺失、频谱本身拥有一定程度的对称性，导致相位恢复过程会收敛到完全不同的方向，发生重影干扰。所述非对称蒙版的作用就是消除对称性所造成的收敛方向差异，使得收敛过程向着单一的方向进行，排除重影干扰。④利用傅里叶透镜(4)将透过样本(3)的光场进行傅里叶变换，频谱面(5)的中心由单个光信号探测器(6)测量获得复合的功率值信号，根据Fourier ptychography理论，所述LED阵列(1)的每一个阵点所发出的光，在所述傅里叶透镜(4)的作用下，可以使得所述频谱面(5)上的频谱发生位移。所述哈达玛矩阵编码控制的照明，可以使得不同频移后的频谱综合到一起，在所述频谱面(5)中心合成一个强度值。被所述单个光信号探测器(6)探测到，形成信号，所述信号是由不同频移后的中心值直接线性叠加而成。⑤利用频域压缩感知相位恢复联合算法恢复样本的相位信息，所述联合算法要求输入对于所述非对称蒙版的先验性测量结果、在第一次测量全亮条件下的所述预测量值、所述测量信号序列，可以输出目标相位物体的相位图像。