渦旋光學掃描全息技術研究

《渦旋光學掃描全息技術研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由賈偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：渦旋光學掃描全息技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：賈偉
• 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所

項目摘要

光學掃描全息技術是一種新型的數字全息技術，具有非相干、實時掃描、同軸無贗像等優點。單純的光學掃描全息技術在重構弱對比度物體時，圖像信噪比通常會比較差，而初步的理論和實驗表明，光學掃描全息技術引入渦旋光場調製可以實現物體邊界信息的提取，提高成像對比度。本項目將對渦旋光學掃描全息技術進行系統分析，包括對該系統的傳遞函式進行推導，對重構物體的解析度和對比度進行研究，對實際光路的誤差進行分析，建立一套完整的理論模型；在理論研究的基礎上，將搭建一套渦旋光學掃描全息系統，研究弱對比度物體和三維物體的邊界信息提取；最後，將開展兩項渦旋光學掃描全息技術的初步套用研究，包括套用於全息顯微和遠程探測等，為將來更多渦旋光學掃描全息技術的相關套用提供借鑑。渦旋光場技術與光學掃描全息技術結合，能夠實現不同尺度三維物體的邊界增強，提高圖像識別能力，因此在遙感、生物顯微等領域均具有非常大的套用潛力。

結題摘要

在傳統的光學掃描全息技術中引入了特殊調製的渦旋光瞳，從而實現對不同方向的物體邊界選擇性的提取。該系統包括兩個入射光瞳，對其中一個光瞳插入一塊渦旋位相調製片，另外一個光瞳為小孔，然後利用兩束光的差頻相干光場對物體進行二維掃描，並通過信號處理，就可以利用計算機得到物體的邊界信息，通過在入射光瞳上旋轉渦旋位相調製片，實現對不同方位物體的邊界信息進行選擇性的提取，結構簡單易於實現。 通過改變光學掃描全息系統的結構，當採用物鏡系統對光瞳成像並利用二維精密電動平台，可以用於生物樣品的顯微成像，當採用振鏡掃描的機制以及大功率雷射器、高靈敏度光電探測器，可以用於航拍遙感大物體的各向異性邊界探測。在理論分析的基礎上，進行了模擬研究，驗證了該方法的可行性。 提出一種新型的相干光學掃描全息技術。由於非相干光學掃描全息系統中使用的兩個光瞳函式具有複數屬性，並且最終被記錄下來，因此可以將位相物體放在某一個光瞳的位置，從而得到物體的復振幅信息，實現相干物體的光學掃描全息記錄和重構。 研究了單邊和雙邊濾波對提取物體邊界信息結果的影響。理論模擬發現，單邊和雙邊的濾波效果是不同的。單邊的濾波近似於一階的微分，從而在物體邊界處得到增強的條紋；而雙邊濾波的結果近似二階微分，在物體邊界處的值為零，但在非常靠近邊界的兩邊出現兩個峰值。我們通過實驗得到了相同的結果，驗證了理論的猜想。 研究了不同渦旋位相調製狀態下，三維光學掃描全息技術的模擬結果。理論研究了實現各向同性和各向異性邊界提取的方法，包括利用一個偏移的渦旋位相調製片，以及兩個對稱放置的渦旋位相片，特別是研究了三維物體的邊界提取，可以實現對物體不同景深的邊界的提取，適用於樣品的深度信息的提取。 研究了對渦旋位相片的改進，包括利用兩個重疊，載荷相反的渦旋光實現更好的各向異性邊界提取，以及在渦旋位相調製的光束中加入徑向偏振特性，通過採用檢偏器可以實現不同方向的邊界提取。