显微数字全息图相位的滤波法提取.pdf

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1、第34卷第4期2012年8月光学仪器OPTICALINSTRUMENTSV01．34，No．4August，2012文章编号：1005—5630(2012)04—0016—05显微数字全息图相位的滤波法提取毛磊1，李勇2，马利红2，张燕珂1*(1．宁波永新光学股份有限公司，浙江宁波315040；2．浙江师范大学信息光学研究所，浙江金华321004)摘要：显微数字全息的关键技术之一是其相位信息的提取。通过分析显微数字全息图的空间频谱特点，提出了一种新的相位提取方法。将数字全息图频谱进行搬移，使物光频谱中心移到频域坐标原点；设计有限脉冲响应(FIR)数字滤波器滤出物光频谱；求解滤波后信

2、号的辐角得到全息图相位。对设计的实验系统进行了验证，实验结果表明采用提出的方法提取显微数字全息相位，完全可行，效果良好。关键词：数字全息显微镜；空间滤波；有限脉冲响应(FIR)滤波器；相位提取中图分类号：TB877文献标识码：Adoi：10．3969／j．issrL1005—5630．2012．04．004ExtractingphaseinformationofmicroscopydigitalholographywithfilterMAOLei1，LIYong2，MALihong2，ZHANGYankel(1．NingboYongxinOpticsCo．，Ltd．，Ningbo3

3、15040，China；2．InstituteofInformationOptics，ZhejiangNormalUniversity，Jinhua321004，China)Abstract：Extractionofphaseinformationisoneofthekeytechnologiesinmicroscopydigitalholography．Thecharacterofspatialspectrumofmicroscopydigitalhologramisanalyzedandthenanovelmethodforextractingphaseisproposed．T

4、hecenterofobjectspectrumismovedtotheoriginofspatialfrequencydomain．Afiniteimpulseresponse(FIR)filterisdesigned，withwhichtheobjectspectrumisobtained．Thephaseinformationofhologramisachievedbycalculatingtheargumentoffilteredsignal．Anexperimentalsystemiscreatedandthevalidityoftheproposedmethodispr

5、oved．Theexperimentalresultsshowthefeasibilityofthemethod．Keywords：digitalholographicmicroscopy；spatialfilter；FIRfilter；extractionofphase引言随着计算机及数字成像技术的发展，数字全息技术[1]越来越受到人们的关注。将显微镜与数字全息技术进行结合的显微数字全息术大大增强了显微镜的功能[2。]。它可以实现相位样品的观测、反射型样品表面形貌测量、数字聚焦等功能。数字全息图的相位反映了被观测样品的内部结构或表面形貌信息。因此，相位提取是显微数字全息术的关键技

6、术之一。常见的相位提取方法有：相移法[8]、傅里叶变换法[9]及小波变换法[1叩等。相移法需要拍摄多幅全息图及附加相移装置，结构复杂不适合动态样品的观测。傅里叶变换需要在空间频域进行滤波。而小波变换法运算时间长，不适合实时观测。为此，文中在空间频’收稿Et期：2012—02—27基金项目：国家自然科学基金资助项目(60877002)作者简介：毛磊(1961一)，男，江苏常州人，高级工程师，硕士，主要从事精密仪器设计制造方面研究。第4期毛磊，等：显微数字全息图相位的滤波法提取·17·域分析了数字全息图的特点。发现将其与一特定的复信号相乘，可以将全息图中的物光频谱中心搬移到空间频域的原

7、点。这样，可以设计一滤波器将物光频谱滤出，再求其辐角就能得到需要的相位信息。由于FIR数字滤波器具有严格的线性相位特点(滤波后信号相位不失真)，因此采用该滤波器进行实验。文中给出了理论分析及实验验证。1显微全息图数学模型显微数字全息图是将被观测样品反射或透过的激光通过显微物镜进行空间放大，然后与参考光进行干涉，用图像传感器采集干涉光强得到的。在采用平行光作为参考光时，计算机得到的全息图可以表示为：I(x，y)一JO(x，y)I2+IR(x，y)I2+2R(x，y)II