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1、FZP扫描全息术用于高散射介质中吸收体成像-->摘要:设计以菲涅耳波带板作为编码孔径的近红外扫描全息成像系统,并对该系统的点扩散函数进行了理论计算.结果表明:系统的点扩散函数接近理想的δ函数;实际测试了系统的点扩散函数,分析了实验结果与理论计算值存在差异的原因;用该系统对浓度为1%、深度为1.8cm的intralipid脂肪乳剂中嵌埋直径分别为1.5mm,1.0mm和0.4mm的金属丝做成的圆环进行了成像实验.实验结果表明:可较清晰地分辨直径1.5mm和1.0mm金属丝做成的圆环,对直径0.4mm的金属丝做成的圆环也可识别.该系统用于高散射介质
2、中吸收体成像具有较高的横向分辨力.波长为600~1100nm的近红外光在生物组织中传输时,大部分组织表现为低吸收特征,使其较易穿透某些组织且无辐射损伤.将近红外光与生物组织相互作用这一特性应用到医学领域,开展近红外光学成像研究成为目前研究的热点[1,2].当一束光入射到生物组织后会分成3种不同路径的光:即沿直线传播的弹道光;稍微偏离直线传播的蛇行光以及严重偏离直线传播的多重漫射光.近红外光学成像方法主要有两种:一种是利用各种门技术将弹道光以及蛇行光与多重漫射光分离,用弹道光以及蛇行光直接成像[3,4];另一种是探测所有的散射光,并利用数学算法逆
3、向地进行组织信息的非线性重构[5,6].介绍一种近红外光学成像系统,该系统用光学方法记录物体的全息图,在计算机中重构图像,其原理基于Poon提出的菲涅耳波带板(FZP)光学外差扫描全息术(OSH),但在系统的结构设计上做了改进.主要从以下两个方面进行了改进:①在计算机中设计FZP并将其制成干板,FZP被单束光照明后形成有空间分布的扫描光场.②设计了系统点扩散函数(SPSF),使其趋近δ函数[7].图1菲涅耳波带板扫描全息近红外成像系统Fig.1Thenear-infraredimagingsystemofFresnelzoneplatescan
4、ningholography1原理及实验系统图1是近红外FZP扫描全息成像系统原理图.650nm半导体激光器发出的光经针孔滤波,再经光阑A1后形成均匀的光场.FZP掩模板置于距针孔z1的位置上,厚度为d的物体置于距针孔为z的位置上,并设针孔为原点.设FZP掩模板的位置坐标系为(x1,y1,z1),其光强分布为I1(x1,y1).照明光束经FZP掩模后在物体上形成投影,其光强分布为I2(x,y;z),称I2(x,y;z)为编码函数.假设物体由n个离散的截面组成,其透射光强分布函数为O(x,y;z).物体经过二维扫描和光电接本论文由.51lunpo
5、intspreadfunction3实验结果及分析3.1系统点扩散函数测试用计算机设计好的FZP制成干板,其环数为8环,最外环半径为7.5mm,最外环宽度为0.3mm.在一透明片上做一直径SF的测试结果.图3a是扫描后得到的针孔的全息图,呈现FZP图形.图3b是按照式(3)得到的针孔全息图的本论文由.51lunwen.整理提供数字重构图像.为了更清楚地看到SPSF中起伏的旁瓣与峰值的相对强度比,将测试的SPSF以三维形式表现出来,如图3c所示.比较图2和图3c可见,实验得到的SPSF的旁瓣与峰值的相对强度比理论计算值高,这是因为:①实验时选取的
6、针孔不是理想的几何点,因此,针孔的重构图像不是理想的δ函数;②在实验中存在着多种噪声,除了编码孔径函数非负带来近似白噪声之外,还有激光功率起伏、电移台机械振动以及环境的杂散光等因素带来的起伏噪声,这些噪声都为重构图像的背景噪声.(a)针孔的全息图(b)针孔的重构图像-->(c)SPSF的三维图形图3SPSF实验结果Fig.3Experimentalresultsofsystempointspreadfunction(SPSF)3.2仿体组织成像实验应用上述原理和系统进行高散射介质中嵌埋吸收体实验.intralipid脂肪乳剂是一种高散射混沌介质
7、,由于其光学特性与人体组织相似,故常被用来做仿体实验.将1%的intralipid溶液注入到一个10cm×10cm×5cm的玻璃容器中,溶液深度为1.8cm.吸收体是d1=1.5mm,d2=1.0mm和d3=0.4mm的3个金属丝做成的圆环,圆环的直径约等于6.0mm,将它们置于距液面高为1cm处,分别进行全息图的记录和数字重构.FZP的物理参数同前.玻璃容器由二维电移台驱动进行平面扫描,扫描区域为4cm×4cm.为了避免玻璃容器的边界带来的影响,扫描区域位于容器内.图4给出3个金属圆环经过滤波处理后的重构图像.从图4可见,用d1=1.5mm和
8、d2=1.0mm的金属丝做的圆环的重构图像较清晰,而用d3=0.4mm的金属丝做成的圆环的重构图像比较模糊,但是也可以识别出来.3个重构图像的对比度都
