專利名稱：數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字全息成像系統(tǒng)及方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字全息術(shù)是基于光學(xué)全息術(shù)基本原理，采用光敏電子成像器件代替光學(xué)全息記錄材料記錄全息圖，將記錄的全息圖強度信息轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號存入計算機(jī)，再利用計算機(jī)模擬參考光對全息圖進(jìn)行再現(xiàn)成像，從而實現(xiàn)全息記錄和成像重構(gòu)過程的全數(shù)字化。離軸菲涅耳數(shù)字全息成像技術(shù)涉及物體信息記錄過程和物體成像再現(xiàn)過程兩部分。物體信息記錄過程中，物光和參考光干涉后產(chǎn)生干涉條紋，被諸如電荷耦合器件(CCD圖像采集器)的圖像采集器件記錄；物體成像再現(xiàn)過程中，通過計算機(jī)數(shù)值模擬光學(xué)衍射過程，實現(xiàn)物體成像重構(gòu)。數(shù)字全息實驗系統(tǒng)通常只包括用于記錄物體信息的數(shù)字全息記錄光路系統(tǒng)，不能在線顯示數(shù)字全息成像重構(gòu)過程及其成像結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種具有在線成像重構(gòu)顯示功能的數(shù)字全息成像系統(tǒng)及方法，特別是能夠分步顯示成像重構(gòu)過程及結(jié)果的數(shù)字全息成像系統(tǒng)及方法。根據(jù)本發(fā)明的一種數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)，包括一種離軸菲涅耳數(shù)字全息記錄光路、一種儀器控制單元、以及一種成像重構(gòu)顯示單元。儀器控制單元用于控制離軸菲涅耳數(shù)字全息記錄光路記錄數(shù)字全息圖，所記錄的數(shù)字全息圖送到成像重構(gòu)顯示單元進(jìn)行計算處理，重構(gòu)并顯示出物體的三維圖像。所述的一種離軸菲涅耳數(shù)字全息記錄光路用于記錄數(shù)字全息圖，其特征在于采用馬赫澤德干涉儀光路，使用激光器作為記錄光源，可實現(xiàn)所記錄全息圖中+1級衍射像、O級衍射像和-1級衍射像的分離，并利于進(jìn)行頻譜濾波。所述離軸菲涅耳數(shù)字全息記錄光路包括:激光器出射的一束激光，經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直部件形成一束平行光，再經(jīng)分光棱鏡分成兩束光，一束光照射待記錄物體后作為帶有物體信息的物光，另一束光作為參考光，兩束光在空間相干涉形成全息圖，并由圖像采集器記錄成為數(shù)字全息圖。所述一種儀器控制單元由計算機(jī)、儀器控制模塊和儀器控制接口組成。所述儀器控制模塊包括數(shù)字全息圖記錄控制模塊、運動平臺控制模塊、快門控制模塊、空間光調(diào)制器控制模塊、以及圖像采集控制模塊。所述儀器控制接口包括接口轉(zhuǎn)接裝置及連接線，所述儀器控制單元通過儀器控制接口分別與數(shù)字全息記錄系統(tǒng)中的運動平臺、快門、空間光調(diào)制器、以及圖像采集器連接并進(jìn)行通信，用以完成數(shù)字全息圖的記錄。所述運動平臺連接到運動平臺控制器后，再通過串口與計算機(jī)相連，由運動平臺控制模塊對運動平臺移動進(jìn)行控制；所述快門通過四針航空插頭線連接到電平轉(zhuǎn)換電路，再采用并口連接線與計算機(jī)中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片相連，由快門控制模塊對快門的開啟和關(guān)閉狀態(tài)進(jìn)行控制；所述空間光調(diào)制器通過分頻顯示器連接于計算機(jī)，由空間光調(diào)制器控制模塊對空間光調(diào)制器進(jìn)行圖像加載；所述圖像采集器通過圖像采集卡與計算機(jī)直接相連，由圖像采集控制模塊控制諸如CCD或者CMOS的圖像采集器記錄數(shù)字全息圖像。所述數(shù)字全息圖記錄控制模塊分別與運動平臺控制模塊、快門控制模塊、空間光調(diào)制器控制模塊、以及圖像采集控制模塊通信連接，配置為與運動平臺控制模塊、快門控制模塊、空間光調(diào)制器控制模塊、以及圖像采集控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、處理和控制，同時向用戶提供指令輸入與選擇功能，用于在數(shù)字全息圖記錄進(jìn)程中對運動平臺、快門、空間光調(diào)制器、圖像采集器進(jìn)行單獨和聯(lián)動控制以及數(shù)據(jù)采集。所述的運動平臺控制模塊，配置為與所述運動平臺通信連接和控制其運動，提供包括起始位置、位移步長、終點位置、當(dāng)前位置的指令的輸入選擇和查詢功能。所述的快門控制模塊，配置為手動開關(guān)和定時開關(guān)兩種快門開關(guān)模式，用以控制數(shù)字全息圖記錄光路中快門的開啟和關(guān)閉。所述空間光調(diào)制器控制模塊，配置為與所述空間光調(diào)制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，將所設(shè)置的加載圖形、圖像尺寸、圖像位置等基本參數(shù)傳輸給空間光調(diào)制器，用以控制空間光調(diào)制器上圖像的加載和調(diào)整。所述的圖像采集控制模塊，配置為與所述圖像采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，設(shè)置采集位置、采集圖像分辨率、采集圖像尺寸等基本采集參數(shù)，將所述基本采集參數(shù)傳輸給圖像采集器，控制圖像采集器進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集和圖像數(shù)據(jù)保存。 所述一種成像重構(gòu)顯示單元包括成像重構(gòu)模塊和在線顯示模塊兩部分；由圖像采集器記錄的數(shù)字全息圖送到計算機(jī)中，由成像重構(gòu)模塊進(jìn)行數(shù)值重構(gòu)處理，最終得到稱為二維相位圖和三維相位圖的物體的再現(xiàn)像，并由在線顯示模塊實時顯示物體的再現(xiàn)像或者根據(jù)具體要求顯示重構(gòu)處理各階段的數(shù)據(jù)圖像。所述的成像重構(gòu)模塊對圖像采集器所記錄的數(shù)字全息圖采用角譜算法或菲涅耳算法或卷積算法的數(shù)值再現(xiàn)算法進(jìn)行數(shù)值模擬成像重構(gòu)處理，其步驟包括:S1從圖像采集器輸入數(shù)字全息圖并進(jìn)行圖像優(yōu)化截??；S2對優(yōu)化截取后的全息圖進(jìn)行傅里葉變換；S3得到所述全息圖的頻譜圖；S4對所述頻譜圖進(jìn)行頻譜濾波；S5提取+1級頻譜；S6對所述+1級頻譜進(jìn)行逆傅里葉變換；S7得到記錄平面復(fù)振幅分布；S8對記錄平面復(fù)振幅分布圖取絕對值；S9得到記錄平面振幅圖；S10輸入再現(xiàn)距離；S11對記錄平面復(fù)振幅分布圖數(shù)值模擬其光波在自由空間的角譜法傳播；S12得到觀察平面復(fù)振幅分布圖；S13對觀察平面復(fù)振幅分布圖取絕對值；S14得到觀察平面振幅圖；S15對觀察平面復(fù)振幅圖進(jìn)行Angel函數(shù)處理提取相位；S16得到帶有包裹相位的二維相位圖；S17對帶有包裹相位的二維相位圖進(jìn)行相位解包裹；S18得到具有真實相位的二維相位圖；S19對真實相位的二維相位圖進(jìn)行三維相位重構(gòu)；S20得到所記錄物體的三維相位圖。所述在線顯示模塊與成像重構(gòu)模塊通信連接，所述成像重構(gòu)模塊將每次數(shù)值成像重構(gòu)處理過程中產(chǎn)生的所有圖像數(shù)據(jù)，包括頻譜圖、+1級頻譜圖、記錄平面振幅圖、觀察平面振幅圖、包裹相位圖、二維相位圖、以及三維相位圖，傳送或保存到在線顯示模塊中，以實現(xiàn)重構(gòu)處理過程中產(chǎn)生圖像的按需顯示。所述在線顯示模塊設(shè)置分別對應(yīng)于頻譜圖、+1級頻譜圖、記錄平面振幅圖、觀察平面振幅圖、包裹相位圖、二維相位圖、以及三維相位圖的顯示指令，通過直接接收成像重構(gòu)模塊傳送的圖像數(shù)據(jù)或者調(diào)用已保存的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行在線順序顯示或者根據(jù)需求顯示重構(gòu)處理各階段的數(shù)據(jù)圖像，按照數(shù)值重構(gòu)處理進(jìn)程順序顯示頻譜圖、+1級頻譜圖、記錄平面振幅圖、觀察平面振幅圖、包裹相位圖、二維相位圖和三維相位圖，或者有選擇地顯示頻譜圖、+1級頻譜圖、記錄平面振幅圖、觀察平面振幅圖、包裹相位圖、二維相位圖和三維相位圖中任一個圖像或者幾個圖像，或直接顯示作為最終再現(xiàn)像的二維相位圖和三維相位圖。根據(jù)本發(fā)明的一種數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示方法，包括在儀器控制模塊的控制下，采用一種離軸菲涅耳全息記錄光路，使用激光器作為記錄光源，在圖像采集器上記錄數(shù)字全息圖；采用數(shù)值再現(xiàn)算法，通過數(shù)值計算模擬所述數(shù)字全息圖的衍射成像過程，模擬重構(gòu)出原物的再現(xiàn)像，并將再現(xiàn)像的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給在線顯示模塊，對數(shù)值重構(gòu)成像過程各階段的圖像進(jìn)行在線順序顯示和在線選擇顯示。本發(fā)明數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)及方法的有益效果是，可采用儀器控制模塊控制實驗進(jìn)程；采用成像重構(gòu)顯示模塊，實現(xiàn)對成像重構(gòu)過程的可視化監(jiān)控以及選擇性重構(gòu)顯示。本發(fā)明的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)及方法可形成儀器，應(yīng)用于成像檢測和教學(xué)演示。


圖1為本發(fā)明的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)及方法的數(shù)字全息記錄光路示意圖。圖2為本發(fā)明的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)及方法的儀器控制單元連接圖。圖3為本發(fā)明的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)及方法的儀器控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)及方法的成像重構(gòu)模塊流程圖。圖中:1、激光器，2、快門，3、反射鏡，4、反射鏡，5、擴(kuò)束準(zhǔn)直器，6、分光棱鏡，7、反射鏡，8、空間光調(diào)制器，9、反射鏡，10、分光棱鏡，11、圖像采集器，12、計算機(jī)，13、運動平臺；
14、PCI7489數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡，15、ESP310運動平臺控制器，16、圖像采集卡；17、數(shù)字全息圖記錄控制模塊；18、運動平臺控制模塊；19、快門控制模塊；20、空間光調(diào)制器控制模塊；21、圖像采集器控制模塊。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)及方法的典型實施例。應(yīng)當(dāng)說明的是，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。采用透射式離軸菲涅數(shù)字全息記錄光路，如圖1所示，實現(xiàn)+1級衍射像、O級衍射像和-1級衍射像的分離。激光器I出射的激光經(jīng)過快門2后照射到反射鏡3，其反射光再經(jīng)反射鏡4反射后，進(jìn)入擴(kuò)束準(zhǔn)直器5，獲得擴(kuò)束準(zhǔn)直的平行光束；該平行光束進(jìn)入分光棱鏡6，被分束為透射和反射兩束平行光，其中透射光束稱為參考光，反射光束稱為物光。物光經(jīng)反射鏡7反射后照射到空間光調(diào)制器8上，加載有圖像信息的空間光調(diào)制器8放置于運動平臺13上作為待測物，也可以選用其他物體作為待測物，從空間光調(diào)制器8透射出來帶有圖像信息的物光入射到分光棱鏡10 ;參考光經(jīng)過反射鏡9反射，反射后的參考光入射到分光棱鏡10 ;參考光與物光在分光棱鏡10中成一定夾角共同入射到圖像采集器11的記錄靶面上、相互干涉形成全息圖，并由圖像采集器11記錄此全息圖，稱為數(shù)字全息圖，并將所記錄的數(shù)字全息圖傳送到計算機(jī)12中，完成數(shù)字全息圖的記錄過程。儀器控制單元用于實現(xiàn)數(shù)字全息圖記錄中的儀器控制并進(jìn)行實驗控制。儀器控制單元連接方式如圖2所示，硬件部分包括計算機(jī)12、PCI7489數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡14、ESP310運動平臺控制器15、圖像采集卡16、快門2、空間光調(diào)制器8、圖像采集器11、運動平臺13。PCI7489數(shù)據(jù)采集卡14插在計算機(jī)12的PCI卡槽中，所述PCI7489數(shù)據(jù)采集卡14通過一個5V-15V的電平轉(zhuǎn)換電路連接到快門2，用于控制快門動作。ESP310運動平臺控制器15通過計算機(jī)12上的串口與其連接，所述ESP310運動平臺控制器15與運動平臺13連接，用于控制所述運動平臺13的平移。運動平臺13可以選用例如一維、二維、三維等任意維數(shù)的運動平臺。圖像采集器11通過數(shù)字圖像采集卡16與計算機(jī)12連接；空間光調(diào)制器8直接與計算機(jī)相連。儀器控制模塊由數(shù)字全息圖記錄控制模塊、運動平臺控制模塊、快門控制模塊、空間光調(diào)制器控制模塊、以及圖像采集控制模塊構(gòu)成。如圖3所示，數(shù)字全息圖記錄控制模塊17分別與運動平臺控制模塊18、快門控制模塊19、空間光調(diào)制器控制模塊20、以及圖像采集控制模塊21通信連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互、處理和控制，并向用戶提供指令輸入與功能選擇。運動平臺控制模塊18用于控制運動平臺13移位運動。所述運動平臺控制模塊18通過ESP310運動平臺控制器15實現(xiàn)與運動平臺13的通信并控制其運動。所述運動平臺13通過自帶連接線與運動平臺控制器15連接，運動平臺控制器15通過串口線與計算機(jī)12連接。運動平臺控制模塊18的通信和控制指令通過計算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)接口送到運動平臺控制器15，運動平臺控制器15將指令解析并轉(zhuǎn)換為用以控制運動平臺的電信號，控制運動平臺13移動。運動平臺控制模塊可以實現(xiàn)對運動平臺所載物體位置的控制和運動平臺載物臺移動速度的控制?？扉T控制模塊19用于控制光學(xué)快門2的開啟和關(guān)閉。所述快門控制模塊19與PCI7489數(shù)據(jù)采集卡14通信并通過其控制快門2開啟和關(guān)閉。光學(xué)快門2通過四針航空接口線與電平轉(zhuǎn)換電路相連，電平轉(zhuǎn)換電路可將5V的計算機(jī)12輸出電信號轉(zhuǎn)換為15V的光學(xué)快門控制電信號。計算機(jī)12發(fā)送5V的控制電平信號至電平轉(zhuǎn)換模塊，電平轉(zhuǎn)化模塊將5V信號轉(zhuǎn)換為15V信號后，將命令發(fā)送給光學(xué)快門，以此實現(xiàn)快門的開關(guān)。結(jié)合計算機(jī)中的定時器，快門控制模塊主要作用是實現(xiàn)光學(xué)快門的定時開關(guān)?？臻g光調(diào)制器控制模塊20與所述空間光調(diào)制器8進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，用以控制空間光調(diào)制器8加載圖像?？臻g光調(diào)制器8通過DVI視頻傳輸線與計算機(jī)12連接，計算機(jī)12通過DVI視頻傳輸線將所要加載的圖像傳輸?shù)娇臻g光調(diào)制器上?？臻g光調(diào)制器控制模塊20通過控制空間光調(diào)制器8上的加載圖形、圖像尺寸、圖像位置等基本參數(shù)，可以實現(xiàn)在空間光調(diào)制器上加載和修改圖像。圖像采集控制模塊21通過圖像采集卡16與CXD圖像采集器11進(jìn)行數(shù)據(jù)通信并控制其記錄全息圖，得到數(shù)字全息圖。所述圖像采集控制模塊21為CCD圖像采集器11設(shè)置采集位置、采集圖像分辨率、采集圖像尺寸等基本參數(shù)，并控制所述CCD圖像采集器11進(jìn)行全息圖的圖像信息采集。CXD圖像采集器11通過圖像采集卡16與計算機(jī)12連接。CXD圖像采集器11記錄數(shù)字全息圖后，通過圖像采集卡16將數(shù)字圖像傳至計算機(jī)中，由成像重構(gòu)顯示單元直接進(jìn)行數(shù)值成像重構(gòu)處理或保存后再做成像重構(gòu)處理。
成像重構(gòu)顯示單元包括成像重構(gòu)模塊和在線顯示模塊兩部分，所述成像重構(gòu)模塊對所記錄的離軸菲涅爾數(shù)字全息圖采用角譜算法數(shù)值重構(gòu)出物體的再現(xiàn)像；所述在線顯示模塊可以對數(shù)值重構(gòu)過程各步驟結(jié)果進(jìn)行圖像順序顯示，也可以對數(shù)值重構(gòu)成像過程的選定步驟結(jié)果進(jìn)行圖像選擇性顯示。所述在線顯示模塊和成像重構(gòu)模塊互為表里，成像重構(gòu)模塊完成對所采集的全息圖進(jìn)行數(shù)值重構(gòu)計算，實現(xiàn)數(shù)值成像重構(gòu)；在線顯示模塊通過輸出圖像數(shù)據(jù)，完成所要求的數(shù)值成像過程顯示。將圖像采集器11記錄的數(shù)字全息圖輸入計算機(jī)12，由成像重構(gòu)模塊按步驟進(jìn)行圖像處理。如圖4所示，數(shù)字全息圖的成像重構(gòu)處理過程包括:S1從圖像采集器輸入數(shù)字全息圖并進(jìn)行圖像優(yōu)化截取；S2對優(yōu)化截取后的全息圖進(jìn)行傅里葉變換；S3得到所述全息圖的頻譜圖；S4對所述頻譜圖進(jìn)行頻譜濾波；S5得到+1級頻譜；S6對所述+1級頻譜進(jìn)行逆傅里葉變換；S7得到記錄平面復(fù)振幅分布；S8對記錄平面復(fù)振幅分布圖取絕對值；S9得到記錄平面振幅圖；S10輸入再現(xiàn)距離后，Sll對記錄平面復(fù)振幅分布圖數(shù)值模擬其光波在自由空間的角譜法傳播；S12得到觀察平面復(fù)振幅分布圖；S13對觀察平面復(fù)振幅分布圖取絕對值；S14得到觀察平面振幅圖；S15對觀察平面復(fù)振幅圖進(jìn)行Angel函數(shù)處理提取相位，得到帶有包裹相位的二維相位圖S16 ；S17對帶有包裹相位的二維相位圖進(jìn)行相位解包裹；S18得到具有真實相位的二維相位圖；S19對真實相位的二維相位圖進(jìn)行三維相位重構(gòu)；S20得到所記錄物體的三維相位圖。在成像重構(gòu)處理過程中，依次得到頻譜圖、+1級頻譜圖S5、記錄平面振幅圖、觀察平面振幅圖、包裹相位圖、二維相位圖、以及三維相位圖，所述圖像數(shù)據(jù)可以呈現(xiàn)數(shù)值重構(gòu)處理的成像演變過程。在線顯示模塊與所述成像重構(gòu)模塊通信連接，可以實現(xiàn)成像重構(gòu)過程中圖像數(shù)據(jù)的按需顯示，包括順序顯示、選擇顯示兩種顯示模式。所述順序顯示模式配置為，將所述成像重構(gòu)模塊處理得到的圖像數(shù)據(jù)實時傳輸給在線顯示模塊，按步驟順序顯示出頻譜圖、+1級頻譜圖、記錄平面振幅圖、觀察平面振幅圖、包裹相位圖、二維相位圖、以及三維相位圖。所述選擇顯示模式配置為，根據(jù)輸入顯示指令，將處理得到的、指定的圖像數(shù)據(jù)傳輸給在線顯示模式，用以輸出顯示選定步驟的圖像。數(shù)字全息成像經(jīng)常需要對物體進(jìn)行多次再現(xiàn)成像，每次再現(xiàn)成像過程中會對部分參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。所述成像重構(gòu)模塊會將每一次成像重構(gòu)全過程的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送并保存到在線顯示模塊，使所述在線顯示模塊可以針對不同顯示要求，靈活地實時顯示重構(gòu)成像過程中感興趣步驟的圖像，實現(xiàn)了數(shù)字全息再現(xiàn)結(jié)果的智能顯示。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)及方法的數(shù)字全息圖記錄過程和成像重構(gòu)過程在計算機(jī)控制下自動完成，在變換物體的情況下，其數(shù)字全息圖通過數(shù)值模擬成像重構(gòu)后，仍可以分步輸出、在線顯示重構(gòu)成像。盡管參考特定實施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，在此描述的本發(fā)明實施例的意圖不是詳盡的或者局限于所公開的具體形式。相反，所選的用于說明問題的實施例是為了使本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員實施本發(fā)明而選擇的。在不脫離下面的權(quán)利要求所描述和限定的本發(fā)明的實質(zhì)范圍的情況下，存在變型例和修改例。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)，包括 一種離軸菲涅耳數(shù)字全息記錄光路，配置為記錄其+1級衍射像、O級衍射像、以及-1級衍射像分離的數(shù)字全息圖； 一種儀器控制單元，配置為由計算機(jī)、儀器控制模塊和儀器控制接口組成，對快門、運動平臺、空間光調(diào)制器、圖像采集器進(jìn)行控制和操作，完成數(shù)字全息圖記錄；以及 一種成像重構(gòu)顯示單元，對數(shù)字全息圖進(jìn)行成像重構(gòu)處理、以及實現(xiàn)在線分步顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)，其所述儀器控制模塊包括數(shù)字全息圖記錄控制模塊、運動平臺控制模塊、快門控制模塊、空間光調(diào)制器控制模塊、以及圖像采集控制模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)，所述數(shù)字全息圖記錄控制模塊分別與運動平臺控制模塊、快門控制模塊、空間光調(diào)制器控制模塊、以及圖像采集控制模塊通信連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、處理和控制，同時向用戶提供指令輸入與選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)，其所述成像重構(gòu)顯示單元由成像重構(gòu)模塊和在線顯示模塊組成，所述成像重構(gòu)模塊對數(shù)字全息圖進(jìn)行數(shù)值模擬成像重構(gòu)，所述在線顯示模塊實現(xiàn)成像重構(gòu)的圖像顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)，其所述在線顯示模塊具有順序顯示模式和選擇顯示模式。
6.一種數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示方法，包括步驟: 采用一種離軸菲涅耳全息記錄光路，在圖像采集器上記錄數(shù)字全息圖； 一種儀器控制單元的數(shù)字全息圖記錄控制模塊分別與運動平臺控制模塊、快門控制模塊、空間光調(diào)制器控制模塊、以及圖像采集控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，控制快門開啟、運動平臺平移、在空間光調(diào)制器上加載物像、以及由圖像采集器記錄全息圖； 一種成像重構(gòu)顯示單元采用數(shù)值再現(xiàn)算法，數(shù)值模擬數(shù)字全息圖的衍射成像過程，重構(gòu)得到原物的再現(xiàn)像； 成像重構(gòu)模塊將重構(gòu)處理數(shù)據(jù)發(fā)送給在線顯示模塊，所述在線顯示模塊對數(shù)值重構(gòu)成像過程各階段的圖像進(jìn)行在線顯示。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示方法，所述空間光調(diào)制器控制模塊與所述空間光調(diào)制器數(shù)據(jù)通信，將加載圖形、圖像尺寸、圖像位置等基本參數(shù)傳輸給空間光調(diào)制器，并控制空間光調(diào)制器上圖像的加載和調(diào)整。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示方法，所述圖像采集控制模塊與所述圖像采集器數(shù)據(jù)通信，將圖像位置、圖像分辨率、圖像尺寸等基本參數(shù)傳輸給圖像采集器，并控制圖像采集器進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集和保存。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示方法，所述成像重構(gòu)模塊的數(shù)值模擬再現(xiàn)算法包括角譜算法、菲涅耳算法、以及卷積算法。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示方法，所述在線顯示模塊的顯示方式包括對數(shù)值重構(gòu)過程各步驟結(jié)果進(jìn)行圖像順序顯示，或者對數(shù)值重構(gòu)成像過程的選定步驟結(jié)果進(jìn)行圖像選擇性顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字全息成像在線重構(gòu)顯示系統(tǒng)及其方法，可分步順序顯示和選擇性顯示重構(gòu)成像過程。包括一種離軸菲涅耳數(shù)字全息記錄光路、一種儀器控制單元、以及一種成像重構(gòu)顯示單元。采用離軸菲涅耳數(shù)字全息記錄光路，在儀器控制單元的控制下，在圖像采集器上記錄數(shù)字全息圖；成像重構(gòu)顯示單元采用數(shù)值再現(xiàn)算法，數(shù)值模擬所述數(shù)字全息圖的衍射成像過程，同時通過人機(jī)交互界面向用戶進(jìn)行操作提示、接收指令輸入、以及數(shù)據(jù)顯示，對數(shù)字全息成像重構(gòu)過程中各階段的圖像進(jìn)行在線分步顯示，實現(xiàn)對原物的成像重構(gòu)。
文檔編號G03H1/12GK103186090SQ201310082100
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者江竹青, 王喆, 陳依菲, 陶世荃, 王大勇, 萬玉紅, 王云新 申請人:北京工業(yè)大學(xué)