本技术介绍了一种数字全息显微成像系统及其相位恢复技术,旨在解决传统显微成像技术中的定位误差问题,简化操作流程,并提高样品表面形貌的重构精度。
背景技术
通过将相移技术和数字全息显微成像相结合,相移数字全息显微成像技术能够在同轴记录的条件下,有效地解决全息再现时零级和共轭像的干扰问题,获得分辨率更高的全息再现像。目前,基于相移产生的不同方式,相移数字全息技术可被划分为时间相移和空间相移两类。时间相移指的是通过相移器在时间序列中的机械移动来改变参考光的相位,进而记录对应的全息图,只能观察静态样品或缓慢变化的过程,成像精度不高、速度慢;而空间相移的实现方式是利用多个同步的CCD相机或将一个CCD相机的记录靶面分割成多份,在一次曝光情况下实现多幅不同相移全息图的同步记录,从而能对动态样品及其变化过程进行实时观测。结合了空间相移技术的数字全息系统需利用分光器件对物光和参考光进行分光,再通过相移器件将相移引入物光与参考光之间,最终获得具有不同相移量的全息图。
目前,按照成像接收装置数量的不同,将空间相移数字全息划分为多相机记录和单相机记录(像素掩膜法)两种方法。多CCD记录法采用多个独立且分离的光束路径,每个路径由单独的CCD进行同步曝光,从而分别记录下具有不同相移量的相移干涉图。例如:Carlos T等人的题为“Phase-shifting digital holographic microscopy by using amulti-camera setup”的论文中,为了实现单次拍摄并获取所需的相移干涉图像,采用了一种多相机装置,该装置通过设置不同的输出通道,能够同时获得所需的相移干涉图像;专利“利用同步移相干涉方法测量光学相位的方法及实现光路”中采用普通分光棱镜和偏振分光棱镜对入射光源进行六路分束处理,结合偏振相移技术,同时记录了六幅相移干涉图,实现了高效的空间分离与同步记录。采用多CCD记录法获取的干涉图样大小与单个CCD的感光面积一致,可以得到较大的观测视场,但是系统结构相对复杂,需要对相机进行精细的同步控制,对信号采集的同时性有着极高的要求。单相机记录法是将特殊制作的微偏振片阵列覆盖在CCD的记录靶面上,从而使其每个像素都能记录有不同的相移量。通过对记录的整个干涉图样进行重新抽样和组合处理,从而形成多幅具有不同相移量的干涉图。例如:论文“采用短相干光源的动态斐索干涉仪”中通过采用短相干二极管泵浦固体激光器,获取了一对短相干正交偏振光束,结合偏振相机,实现了短相干斐索型空间相移干涉。
与时间相移技术相比,空间相移技术能够在同一时刻采集多幅相移全息图,解决了成像速度慢、无法实现实时在线成像问题。但空间相移技术也存在一些局限性,例如,多CCD记录法要求所有相机的曝光必须精确同步,对采集的同时性要求严格;单相机记录法依赖于偏振相移方案,容易受偏振光学元件方位角和延迟量的偏差影响。此外,在相位重建过程中,通常使用定步长相移算法,降低了系统的灵活性。
实现思路