[发明专利]一种基于连通域的光学扫描全息的自聚焦和重建方法

权利要求书

1.一种基于连通域的光学扫描全息的自聚焦和重建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.频率为ω₀的光束通过第一光瞳和第一凸透镜后形成平面波，频率为ω₀+Ω的光束通过第二光瞳和第二凸透镜后形成球面波；然后，两束光波经过分束器，并干涉形成菲涅尔波带板，又经X-Y扫描振镜反射后，对物体进行扫描；最后，由光电转换器接收并转换为电信号，从而获得全息图；

其中步骤1获得全息图的具体过程如下：

步骤1-1.两束频率为ω₀和ω₀+Ω的光束分别经过第一光瞳p₁(x,y)、第一凸透镜L₁和第二光瞳p₂(x,y)、第二凸透镜L₂，其中p₁(x,y)＝1，p₂(x,y)＝δ(x,y)；

步骤1-2.两束光波经过分束器BS，并干涉形成菲涅尔波带板，其光学传递函数可表示为：

其中，x和y表示待扫描物体的位置，z_i表示X-Y扫描振镜到待测物体第i层的距离，i＝1,2,...,N，N为待测物体沿轴向离散的层数，表示波数，λ表示光波波长，k_x和k_y表示频域坐标；

步骤1-3.菲涅尔波带板扫描物体，透过物体的光波被光电转换器PD接收并转换成电信号；得到全息图为：

其中，F^-1和F分别表示逆傅里叶变换和傅里叶变换，O(x,y；z_i)表示物体第i层的振幅函数，表示卷积；

步骤2.利用全息重建技术在各个重建距离下重建全息图，利用连通域的方法对重建全息图的不同区域实现标记，并计算各个区域的面积，面积最小的位置即为自聚焦的位置；

利用连通域的方法实现自聚焦，其具体步骤如下：

步骤2-1.利用全息重建技术沿着轴向距离z_k重建，其中k＝1,2,...N₁,N₁为重建层数，且N₁＞N，其重建过程可表示为：

其中，O(x,y；z_k)表示待测物体第k层的振幅函数，I(x,y；z_k)表示重建得到的第k层物体的振幅函数；

步骤2-2.利用连通域的方法标记重建图像的各个连通区域，并计算各个连通区域的面积， 其具体如下：

步骤2-2-1.初始化标记值label＝1，初始化与全息图相同维度的图像M(label)，M(label)的初始值为零矩阵；

步骤2-2-2.逐像素搜索图像，若该搜索像素处图像值为0，搜索下一个像素；若该搜索像素处图像值不为0，label的值赋给M(label)中的对应位置；像素搜索完毕时截止，得到被连通域标记的图像M(label)并转至步骤2-3；

步骤2-2-3.搜索该像素的八邻域的图像值是否全部为0，若有值不为0，则不为0处，将label的值赋给M(label)，并执行步骤2-2-4；若值都为0，则表示一个新的区域的开始，令label＝label+1，返回步骤2-2-2；

步骤2-2-4.搜索邻域中图像值不为0的像素，并扫描这些像素对应的八邻域的图像值是否全部为0；

若有图像值不为0，则label的值赋给M(label)，重复执行步骤2-2-4直至图像值都为0并令label＝label+1；

若图像值都为0，则label＝label+1；

返回步骤2-2-2；

步骤2-3.在图像M(label)中，不同区域被标记为不同的数字，通过计算对应连通域标记的数字个数，就可以得到相应区域的面积；

步骤2-4.令k＝1,2,...N₁，重复步骤2-1至步骤2-3，分别计算各个连通域对应的N₁个面积，其中各个连通区域对应面积最小的位置，即为该区域对应的聚焦位置；

步骤3.通过获取的自聚焦位置对全息图重建，并利用连通域的方法分割图像获取重建图像。

2.根据权利要求1所述的基于连通域的光学扫描全息的自聚焦和重建方法，其特征在于步骤3中得到全息图重建图像的方法，其具体方法如下：

通过分割连通区域在聚焦位置处的重建图像，即可得到在该聚焦位置的待测物体的图像：

F(x,y；z_k)＝I(x,y；z_k)·M(label＝n)

其中，I(x,y；z_k)为重建得到的第k层物体的振幅函数，M(label＝n)为label值等于n的矩阵；

经过上式可以分割出聚焦的连通区域。