[发明专利]一种离散孔径内推的太赫兹数字全息成像方法和系统

说明书

本发明公开了一种离散孔径内推的太赫兹数字全息成像方法和系统，包括：(1)设计离散孔径子图像阵列。(2)记录太赫兹离散孔径离轴和同轴子全息图。(3)获得离散孔径重组太赫兹图像。(4)内推太赫兹全息图重建获得样品的振幅和相位图像。本发明优点是：通过迭代传播的方式复原出全息图相位图样的高频条纹，从而可以重建得到成像质量更好的全息图。同时，相比于原来的探测方法，太赫兹数字全息成像系统在实现减小尺寸、重量和成本的成像系统方面具有独特优势，避免其他技术的缺点，未来可用于大型场景成像，在太赫兹波段成像、医学成像以及相位成像领域中具有潜在应用价值。

技术领域

本发明涉及数字全息成像技术领域，特别涉及一种离散孔径内推的太赫兹数字全息成像方法和系统。

背景技术

太赫兹波段处于红外到微波之间，其兼具两者电磁波的特性。因此，它在成像领域的应用前景十分广阔。太赫兹波数字全息成像技术是一种基于太赫兹波源的相干衍射成像手段，可以有效地获得目标样品在太赫兹波照射下的振幅和相位分布。该技术可以做无损检测，在安检、医学、石油地质勘探等领域有很大的发展前景。全息图平面上的多孔径或多相机采样可以实现大面积全息图采集，但由于传感器具有有限的像素，数字全息成像中会产生衍射带限现象，单孔径采集会产生高频成分丢失的情况，而合成孔径方法的探测效率低，存在子孔径之间需要有重叠部分的缺点，导致探测器移动次数、移动位置和探测次数均受限，因此，迫切需求一种高效的太赫兹波段高分辨率成像方法。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种离散孔径内推的太赫兹数字全息成像方法和系统，将子全息图扩展内推为完整的全息图，从而扩大了检测面积，获得了比任何单个孔径更高的空间分辨率，为离散孔径太赫兹波数字全息中的应用提供了一种重建方法。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种离散孔径内推的太赫兹数字全息成像系统，包括：太赫兹波源1、硅片3、样品4和反射镜A5、反射镜B6、离轴参考光控制快门7、赫兹探测器8和二维电动平移台9；太赫兹波源1产生和输出太赫兹波2，硅片3分别透射和反射一束太赫兹波2，样品4和反射镜A5用于反射同轴参考光波，反射镜B6用于反射离轴参考光波，离轴参考光控制快门7用于控制太赫兹波2的传播，太赫兹探测器8用于接收太赫兹波信号，二维电动平移台9用于对太赫兹探测器8进行二维移动。

记录太赫兹离散孔径离轴子全息图HO_i时：太赫兹波2由太赫兹波源1发出，经硅片3反射出一束光波照射到样品4上，之后反射回硅片3，经硅片3透射到太赫兹探测器8。太赫兹波2由太赫兹波源1发出时，经硅片3透射出另一束光波照射到反射镜B6，此时离轴参考光控制快门7为打开状态，光波直接由反射镜B6反射到太赫兹探测器8。

记录太赫兹离散孔径同轴子全息图HI_i时：太赫兹波2由太赫兹波源1发出，经硅片3反射出一束光波照射到样品4上，之后反射回硅片3，这一束其余光波照射到反射镜A5后反射回硅片3，这一束光波经硅片3透射到太赫兹探测器8。太赫兹波2由太赫兹波源1发出时，经硅片3透射出另一束光波照射到反射镜B6，此时离轴参考光控制快门7为关闭状态，光波经反射镜B6反射后被其阻碍传播，无法到达太赫兹探测器8。

本发明还公开了一种离散孔径内推的太赫兹数字全息成像方法，包括以下步骤：

(1)离散孔径图像阵列设计。

离散孔径子图像阵列由n个独立离散孔径太赫兹子图像组成，阵列形状由样品边缘形状决定同时覆盖整个样品，离散孔径太赫兹子图像边长尺寸等于太赫兹探测器靶面实际尺寸，n个独立离散孔径太赫兹子图像在阵列中的位置坐标为(x₁,y₁)，(x₂,y₂)…(x_n,y_n)，离散孔径太赫兹子图像间距尺寸设置为k，离散孔径子图像间无重叠部分即k0。

(2)太赫兹离散孔径子全息图记录；