福州大学许灿华获国家专利权
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龙图腾网获悉福州大学申请的专利基于双折晶体透镜的自干涉数字全息成像系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118112909B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-14发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410287981.6,技术领域涉及:G03H1/06;该发明授权基于双折晶体透镜的自干涉数字全息成像系统是由许灿华;薛孔松;曾志平;王雅婷;周田;毛梦瑶设计研发完成,并于2024-03-13向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于双折晶体透镜的自干涉数字全息成像系统在说明书摘要公布了:本发明涉及一种基于双折晶体透镜的自干涉数字全息成像系统。通过使用非相干光源照明去除激光照明带来的激光散斑对图像质量的影响,提升成像质量。通过α‑BBO双折射晶体透镜的偏振特性与四分之一波片和偏振相机的组合实现单发成像、快速成像。本发明克服激光散斑带来图像劣化的问题与使用激光照明对人脸、动物成像时带来的安全隐患,解决非相干照明情况下共轴光路的光程差补偿问题,实现对于日常物体的较大视场彩色3D成像的需要。
本发明授权基于双折晶体透镜的自干涉数字全息成像系统在权利要求书中公布了:1.一种基于双折晶体透镜的自干涉数字全息成像系统,其特征在于,包括非相干光源、内置波前分割装置的光程差补偿光路、图像采集系统和图像重建模块;所述非相干光源照射至成像目标物产生光信号经半透半反镜、光程差补偿光路,由图像采集系统接收,并传输给图像重建模块进行图像重建; 该系统具体实现图像重建的步骤如下: 步骤S1、搭建光程差补偿光路,即将α-BBO双折射晶体透镜、可见光波段的宽带四分之一波片和反射银镜等高共轴放置,旋转可见光波段的宽带四分之一波片使可见光波段的宽带四分之一波片光轴方向与α-BBO双折射晶体透镜光轴成45°,主光轴方向与半透半反镜平面成45°; 步骤S2、将成像目标物放于载物台上,在成像目标物与半透半反镜之间放置线偏振片并调整高度与光程差补偿光路等高,使用非相干光源反射或透射式照明,光线入射方向与半透半反镜平面成45°,与光程差补偿光路主光轴垂直; 步骤S3、构建图像采集系统,即将第二可见光波段的宽带四分之一波片置于偏振相机前且与光程差补偿光路等高共轴放置,偏振相机的输出端连接至图像重建模块,拍摄得到成像目标物的四幅包含有不同相移值的全息图; 步骤S4、构建图像重建模块中的图像重建算法,将采集的成像目标物图像输入图像重建算法,得到重建图像; 所述图像重建算法采用首先读取采集到四幅具有精确相移的全息图,通过四步相移法计算得到复值全息图,之后再进行对应重构距离的菲涅尔衍射得到重建图像,其中,获取复值全息图与重构距离的方法如下: α-BBO双折射晶体透镜利用其能够产生双折射的特性,使得当入射线偏振光的偏振方向与α-BBO双折射晶体透镜的光轴方向不一致时,能够将入射光分解为存在一定相位延迟且偏振态相互正交的两束光;两束偏振方向正交的光通过α-BBO双折射晶体透镜与光程差补偿光路后分离,并在通过可见光波段的宽带四分之一波片后转化为左右旋光在偏振相机成像面上合束形成干涉全息图;o光与e光的相位延迟相差0°,90°,180°和270°时,合成的线偏振光分别处于0°,45°,90°和135°方向,再利用线偏振相机进行采集;假设Eo和Ee为o光与e光的电场,则各个偏振方向上偏振相机采集到的光强为: I0=|Ee+E0|2 I45=|Ee+jE0|2 I90=|Es-E0|2 I135=|Ee-jE0|2 因而从光强中能够计算出复振幅光场: 式中j为虚数符号,偏振相机在相邻像素点上集成0°,45°,90°和135°四个方向的线偏振光栅,能够通过单发成像对这些偏振方向的图像进行同时采集; 在近轴近似下,基于所需要的分辨率与视场的权衡情况选择光束重合条件,将偏振相机放置于产生相应光束重合条件的位置;假设α-BBO双折射晶体透镜产生的o光与e光的焦距分别为fe与fo,则对于处在物距为zs的成像目标物由几何光学成像公式获得像距vi与放大率Mi分别为: 式中i=e,o,假设偏振相机的感光面与α-BBO双折射晶体透镜的距离为zh,而两束光也能够描述为从像点位置发出的两束波,则从o光与e光像点到偏振相机感光面的距离: 从像点发出的光通过菲涅尔传播到达相机感光面,而在偏振相机上的光场表示为: 其中Ei0表示像点上的光强,j是虚数符号,λ是光的波长,k为波数,x、y是偏振相机感光界面上的坐标,xs、ys表示在光源所在平面发光点的坐标;因为偏振相机平面将处于像点之前所以传播方向是相反的,忽略掉与x、y坐标无关的相位,最终在偏振相机感光面上的光强为o光与e光的相干叠加;通过偏振相机的测量能够计算出复振幅光场为: 其中:
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