一种基于随机微透镜阵列数字全息散斑抑制成像系统

技术领域

本发明涉及一种基于随机微透镜阵列数字全息散斑抑制成像系统及方法，属于数字全息领域。

背景技术

数字全息术的发展为我们提供了一种更高级的成像技术，有助于深入研究和理解物体的结构和行为。数字全息已经成为一个相当成熟的话题，涵盖了广泛的领域。在科学研究、医学影像、工业检测、虚拟现实等领域有广泛的应用。它可以用于三维形态分析、物体重建、运动追踪、光学加密等应用。

数字全息术通过将物体的光波信息数字化，并借助计算机的计算和处理能力，实现了更加便捷和高效的全息成像。数字全息术不再需要使用传统的全息底片，而是将光波信息以数字数据的形式存储在计算机中。利用数字图像处理算法和光学仿真技术，可以实现对全息图像的重建和实时显示。

数字全息术在许多领域具有广泛的应用，包括三维显示、全息显示、全息存储、全息通信等。它为实现更逼真、高质量的立体影像提供了新的可能性，并为虚拟现实、增强现实等领域的发展提供了技术基础。同时，数字全息术还在医学、材料科学、安全防伪等领域展示出了巨大的潜力。

总的来说，数字全息术作为传统全息术的延伸和发展，借助数字技术的进步，实现了全息成像的数字化和计算机化，为各个领域的成像和显示技术带来了新的可能性。

然而，数字全息成像系统中采用相干光照明，随之而来的散斑噪声对系统成像能力和分辨率等因素造成很大影响。采用数字图像处理、滤波等方法，均会对图像质量、分辨率产生影响。而纪录并再现出具有不同散斑噪声背景的一系列图像，并通过多步叠加的方法可以显著降低散斑噪声对比度，提高系统信噪比，有利于三维高分辨率观测的要求。

数字全息术中的散斑问题是全息成像过程中常见的一种现象，它对于重建图像的质量和清晰度产生了影响。了解散斑问题的背景可以帮助我们理解其原因以及针对性的解决方法。散斑是由于光的干涉和衍射效应引起的现象。在数字全息术中，当激光或光源照射到被记录的物体上时，光波与物体表面的微小不均匀性相互作用，形成了光强的空间变化。这种光强的变化在重建全息图像时表现为明暗不均匀、噪点和模糊等问题，降低了图像的清晰度和质量。

散斑问题在传统全息术中就存在，并在数字全息术中得到了延续。散斑的产生与光的相干性、物体表面的粗糙度、光源的波长等因素有关。当光波通过不均匀的物体表面时，它会发生衍射和干涉，导致局部光强的变化。这些光强变化在全息图像的重建过程中会表现为干涉条纹、斑点和噪声等不希望的影响。

为了解决散斑问题，研究者们提出了各种方法和技术。其中一种常见的方法是通过使用空间滤波技术来抑制散斑噪声。这些滤波技术可以在全息图像的重建过程中对光强进行调整，减少散斑的影响。另外，采用多角度记录和多波长照明等技术也可以有效地降低散斑的影响。此外，数学模型和图像处理算法也被应用于对散斑进行建模和校正。

总的来说，散斑问题是数字全息术中常见的挑战之一。通过本发明的一种基于随机微透镜阵列的数字全息散斑抑制成像系统，可以改善数字全息图像的质量和清晰度，提高全息成像的效果和应用的可靠性。

发明内容

为了解决数字全息成像过程中散斑噪声的影响，本发明提出了一种基于随机微透镜阵列数字全息散斑抑制成像系统及方法。本发明装置可以通过随机微透镜阵列的转动有效抑制数字全息系统的散斑噪声，提高信噪比。

为了达到上述目的，本发明通过如下技术方案实现：包括激光器1、分光棱镜2、物镜3、凸透镜4、反射镜5、反射镜6、物镜7、随机微透镜阵列8、电机9、凸透镜10、样本物体11、合束棱镜12、CCD摄像机13；激光器1产生激光光束，经过分光棱镜2分成参考光束和物光光束；物镜3和凸透镜4调节参考光束，使其扩束并转为平行光束，反射镜5改变其传播方向为竖直方向；物光光束经过反射镜6改变其传播方向为水平方向，物镜7对物光光束进行扩束，调节随机微透镜阵列8和电机9的高度，使物光光束打在随机微透镜阵列8表面边缘部分，凸透镜10使光束平行，通过样本物体11，合束棱镜12将参考光束与物光光束合并，干涉光照射在CCD摄像机13上记录干涉图样。

进一步地，随机微透镜阵列8是由若干个四边形微透镜、五边形微透镜和六边形微透镜随机排布在圆形玻璃基底上；每个微透镜均为椭球面;每个微透镜的半径为2mm,厚度为0.3mm,底部有一直径为56mm的圆形玻璃基底，厚度为0.2mm；整个微透镜阵列的厚度为0.5mm。

进一步地，随机微透镜阵列8中心有通孔，孔直径为2mm，与电机9的轴相连，在电机的带动下转动。

进一步地，随机微透镜阵列8放置在物光光路中，物镜7和凸透镜10之间；随机微透镜阵列8作为漫射体，起到了匀光的作用，能够有效抑制数字全息系统中的散斑噪声。

进一步地，对于随机微透镜阵列的设计，包括如下步骤：创建一个基准平面，用于定位微透镜的位置；在基准平面随机生成一组点，作为微透镜的中心；对于每个点，根据预设的参数，在对应位置上创建一个微透镜；微透镜是椭球面；最后在微透镜下生成一个圆形基底，中心有直径2mm的通孔。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的进步：本发明的装置通过电机带动随机微透镜阵列的转动，可以明显的抑制数字全息成像系统的散斑噪声。在信号处理方面，采用数字全息的算法，可以在再现像方面充分抑制散斑噪声，提高系统的信噪比。在频谱分析方面能够有效集中频谱，进一步达到散斑降噪的目的。

附图说明

图1是本发明中成像系统的光路示意图。

图2是本发明中随机微透镜阵列的结构示意图。

图3是本发明中随机微透镜阵列与电机组装示意图。

图中：1、激光器；2、分光棱镜；3、物镜；4、凸透镜；5、反射镜；6、反射镜；7、物镜；8、随机微透镜阵列；9、电机；10、凸透镜；11、样本物体；12、合束棱镜；13、CCD摄像机。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图1所示，一种基于随机微透镜列数字全息散斑抑制成像系统，其特征在于：包括激光器1、分光棱镜2、物镜3、凸透镜4、反射镜5、反射镜6、物镜7、随机微透镜阵列8、电机9、凸透镜10、样本物体11、合束棱镜12、CCD摄像机13。激光器1产生激光光束，经过分光棱镜2分成参考光束和物光光束；物镜3和凸透镜4调节参考光束，使其扩束并转为平行光束，反射镜5改变其传播方向为竖直方向；物光光束经过反射镜6改变其传播方向为水平方向，物镜7对物光光束进行扩束，调节随机微透镜阵列8和电机9的高度，使物光光束打在随机微透镜阵列8表面边缘部分，凸透镜10使光束平行，通过样本物体11，合束棱镜12将参考光束与物光光束合并，干涉光照射在CCD摄像机13上记录干涉图样。

如附图1所示，一种基于随机微透镜阵列数字全息散斑抑制成像系统，包括以下调节步骤：分光棱镜2、物镜3、凸透镜4和反射镜5的水平中心轴与激光器1发出的光束的中心轴在同一条水平直线上，反射镜5与水平轴成45°；反射镜6在分光棱镜2的竖直方向上；反射镜6、物镜7、凸透镜10、样本物体11、合束棱镜12和CCD摄像机13的水平中心轴在同一条水平线上，反射镜与水平轴成45°；物光光束经过物镜7进行扩束，充分调节随机微透镜阵列8与物镜7之间的距离，物光光束打在随机微透镜阵列表面边缘部分。

如附图2所示，一种随机微透镜阵列的结构图，其特征在于：对于随机微透镜阵列的设计，包括如下步骤：创建一个基准平面，用于定位微透镜的位置；在基准平面随机生成一组点，作为微透镜的中心；对于每个点，根据预设的参数，在对应位置上创建一个微透镜；微透镜是椭球面；最后在微透镜下生成一个圆形基底，中心有直径2mm的通孔。

如附图3所示，一种随机微透镜阵列与电机的组装示意图，其特征在于：随机微透镜阵列的中心有直径2mm的孔，电机的轴为2mm;组装方式如图所示。