[发明专利]一种基于连通域的光学扫描全息的自聚焦和重建方法

摘要

本发明提出了一种基于连通域的光学扫描全息的自聚焦和重建方法，属于光学扫描全息技术与图像重建领域，主要解决了光学扫描全息中的全息重建的问题。本发明利用连通域的方法，对全息图做图像标记并获取图像区域面积，通过面积变化规律实现全息图的自聚焦和重建。本发明有效地实现了光学扫描全息中的全息重建，这种图像重建的方法适用于各个领域。

主权项

1.一种基于连通域的光学扫描全息的自聚焦和重建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.频率为ω₀的光束通过第一光瞳和第一凸透镜后形成平面波，频率为ω₀+Ω的光束通过第二光瞳和第二凸透镜后形成球面波；然后，两束光波经过分束器，并干涉形成菲涅尔波带板，又经X‑Y扫描振镜反射后，对物体进行扫描；最后，由光电转换器接收并转换为电信号，从而获得全息图；其中步骤1获得全息图的具体过程如下：步骤1‑1.两束频率为ω₀和ω₀+Ω的光束分别经过第一光瞳p₁(x,y)、第一凸透镜L₁和第二光瞳p₂(x,y)、第二凸透镜L₂，其中p₁(x,y)＝1，p₂(x,y)＝δ(x,y)；步骤1‑2.两束光波经过分束器BS，并干涉形成菲涅尔波带板，其光学传递函数可表示为：其中，x和y表示待扫描物体的位置，z_i表示X‑Y扫描振镜到待测物体第i层的距离，i＝1,2,...,N，N为待测物体沿轴向离散的层数，表示波数，λ表示光波波长，k_x和k_y表示频域坐标；步骤1‑3.菲涅尔波带板扫描物体，透过物体的光波被光电转换器PD接收并转换成电信号；得到全息图为：其中，F^‑1和F分别表示逆傅里叶变换和傅里叶变换，O(x,y；z_i)表示物体第i层的振幅函数，表示卷积；步骤2.利用全息重建技术在各个重建距离下重建全息图，利用连通域的方法对重建全息图的不同区域实现标记，并计算各个区域的面积，面积最小的位置即为自聚焦的位置；利用连通域的方法实现自聚焦，其具体步骤如下：步骤2‑1.利用全息重建技术沿着轴向距离z_k重建，其中k＝1,2,...N₁,N₁为重建层数，且N₁＞N，其重建过程可表示为：其中，O(x,y；z_k)表示待测物体第k层的振幅函数，I(x,y；z_k)表示重建得到的第k层物体的振幅函数；步骤2‑2.利用连通域的方法标记重建图像的各个连通区域，并计算各个连通区域的面积， 其具体如下：步骤2‑2‑1.初始化标记值label＝1，初始化与全息图相同维度的图像M(label)，M(label)的初始值为零矩阵；步骤2‑2‑2.逐像素搜索图像，若该搜索像素处图像值为0，搜索下一个像素；若该搜索像素处图像值不为0，label的值赋给M(label)中的对应位置；像素搜索完毕时截止，得到被连通域标记的图像M(label)并转至步骤2‑3；步骤2‑2‑3.搜索该像素的八邻域的图像值是否全部为0，若有值不为0，则不为0处，将label的值赋给M(label)，并执行步骤2‑2‑4；若值都为0，则表示一个新的区域的开始，令label＝label+1，返回步骤2‑2‑2；步骤2‑2‑4.搜索邻域中图像值不为0的像素，并扫描这些像素对应的八邻域的图像值是否全部为0；若有图像值不为0，则label的值赋给M(label)，重复执行步骤2‑2‑4直至图像值都为0并令label＝label+1；若图像值都为0，则label＝label+1；返回步骤2‑2‑2；步骤2‑3.在图像M(label)中，不同区域被标记为不同的数字，通过计算对应连通域标记的数字个数，就可以得到相应区域的面积；步骤2‑4.令k＝1,2,...N₁，重复步骤2‑1至步骤2‑3，分别计算各个连通域对应的N₁个面积，其中各个连通区域对应面积最小的位置，即为该区域对应的聚焦位置；步骤3.通过获取的自聚焦位置对全息图重建，并利用连通域的方法分割图像获取重建图像。