【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及经典光非定域全息成像，尤其涉及一种基于偏振相移的鬼全息系统及方法。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提到了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
2、非定域成像与传统的成像技术不同，不需要直接接收到来自物体的光子，而是通过量子态之间的关联来实现成像。最早的非定域成像是鬼成像，人们对量子纠缠特性在其中的必要性进行了激烈的讨论。后来科学家用赝热光源实现了鬼成像，人们才达成量子纠缠不是鬼成像必要条件的共识。鬼成像集中在振幅物体，人们舍弃了物体的相位信息。然而，物体的相位包含了物体的三维信息或深度信息，决定了光传播的演变，在成像、材料科学、通信、光学处理和量子技术等领域具有广泛应用。
3、相位成像主要通过光学全息术实现。现有的全息方法大都是搭建干涉仪的结构将物体光与信号光干涉，比如迈克尔逊干涉仪和马赫-曾德尔干涉仪；有用液晶空间光调制器(spatial light modulator，slm)施加相移，然后进行四步相移的全息技术，四步相移是目前用途最广泛稳定求解绝对相位的方法；有利用偏振态之间干涉结合四步相移的全息技术；也有用数字微镜阵列(digtial micromirror devices，dmd)调制进行单像素成像的全息技术。现有的全息技术已经非常成熟。
4、然而，这些现有的全息术并不能直接套用在非定域成像中，目前现有的鬼全息主要通过量子纠缠光源实现，或是经过复杂的非线性转换过程，当然也有通过传输方程求解相位的技术。量子纠缠光源一般要通过自发参量下转换过程实现，该非线性
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于偏振相移的鬼全息系统及方法，将偏振全息技术引入鬼全息，实现非定域相位成像。为利用非定域全息成像实现精密测量提供一种新的研究思路及技术途径。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种基于偏振相移的鬼全息系统，包括：
4、同轴依次放置的激光器、滤波扩束子系统、超像素调制子系统、半波片、偏振光束分束器pbs、分束器bs；分束器bs将光路分束成两路，其中一路同轴依次放置slm、偏振片、收集透镜和单像素探测器，slm与偏振片之间是待测物体；另一路同轴依次放置偏振片、相机；
5、激光器发射的激光经过滤波扩束子系统的扩束处理后，以一定角度入射超像素调制子系统后形成两路加载不同模式的光束，一束光保持水平偏振光，另一束光经过半波片成为竖直偏振光；两束光经偏振光束分束器合束，再经分束器bs分束成两路；一路经偏振片干涉后由相机采集无物体路的叠加散斑分布强度图；另一路经过slm调制，在水平偏振光的加载下携带物体信息，之后经偏振片干涉后由光电探测器采集经物体后的光强值；相机和光电探测器同时将采集的数据上传至上位机；
6、上位机对采集的数据进行处理得到一步干涉图像，采集四步相移通过偏振相移重构出初步干涉图像；通过初步干涉图像和参考平面波进行处理，得到新图像；对新图像进行处理，得到待测物体的复场图像；对待测物体的复场图像进行处理，得到待测物体的振幅和待测物体的相位。
7、优选地，所述滤波扩束子系统，包括：依次设置的物镜、针孔和扩束透镜，所述针孔在物镜和扩束透镜之间，所述针孔既在物镜的后焦面，同时也在扩束透镜的前焦面上；所述物镜靠近激光器，所述扩束透镜靠近被测物体。
8、优选地，所述超像素调制子系统，包括：依次设置的dmd、第一透镜、小孔和第二透镜，dmd位于第一透镜的前焦面，小孔位于第一透镜的后焦面，位于第二透镜的前焦面，两个透镜离轴放置，小孔筛选一级次光，小孔与第二透镜同轴放置。
9、优选地，所述相机和光电探测器同时将采集的数据上传至上位机，具体包括：
10、每一套散斑下光电探测器采集到的光强值i1表示为：
11、i1＝∫|sh(x)o(x)sinθ+sv(x)cosθ|2dx
12、其中，sh(x)是水平偏振光加载的光场信息，sv(x)是竖直偏振光加载的光场信息，o(x)是物体信息，a(x)和分别是物体的振幅和相位，θ是指物体路偏振片的角度，x为空间坐标；
13、每一套散斑下相机采集到的光强值i2表示为：
14、
15、其中，s′h(x′)是参考路水平偏振光加载的光场信息，s′v(x′)是参考路竖直偏振光加载的光场信息，x′为参考路空间坐标；所述路偏振片角度固定在所述光强i1和i2是一张散斑下的探测值和图像；
16、两路散斑都是瑞利散斑，强度呈负指数分布，振幅呈瑞利分布，相位在[0,2π]均匀分布，实部和虚部都服从高斯分布，整体服从复高斯分布，两路之间完全独立，有以下关系：
17、
18、其中，<…>是指多张散斑的平均光强，是光场s′h(x′)复共轭光场；两路散斑完全独立，自相关为冲激函数。
19、优选地，所述上位机对采集的数据进行处理得到一步干涉图像，具体包括：通过一系列探测器的探测值i1和调制图案i2相互作用获得o(x,y)，表示为：<i1i2>-<i1><i2>；结合高阶矩定理：
20、
21、其中，s1和s2是复数光场，和分别是其对应的复共轭光场；
22、推导得到：
23、
24、优选地，所述采集四步相移通过偏振相移重构出初步干涉图像，具体包括：
25、偏振片角度时，
26、
27、偏振片角度时，
28、
29、有波片，偏振片角度时，
30、
31、有波片，偏振片角度时，
32、
33、优选地，所述对待测物体的复场图像进行操作，得到待测物体的振幅，具体包括：对待测物体的复场图像进行求绝对值操作，得到待测物体的振幅：
34、
35、优选地，所述对待测物体的复场图像进行操作，得到待测物体的相位，具体包括：对待测物体的复场图像进行求幅角操作，得到待测物体的相位：
36、
37、第二方面，本专利技术提供一种基于偏振相移的鬼全息成像方法，包括：
38、激光器发射的激光经过滤波扩束子系统的扩束处理后，发送给调制系统，再穿过待测物体的光发送到成像子系统，收集透镜将收集的光发送给光电探测器和相机，光电探测器和相机采集不同调制图案和对应透射光的强度值，光电探测器和相机将采集的数据上传给上位机；
39、上位机对采集的数据进行处理得到初步干涉图像；通过偏振四步相移得到四幅全息图；对四幅全息图进行处理，得到待测物体的复场图像；对待测物体的复场图像进行操作，得到待测物体的振幅；对待测物体的复场图像进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，所述滤波扩束子系统，包括：依次设置的物镜、针孔和扩束透镜，所述针孔在物镜和扩束透镜之间，所述针孔既在物镜的后焦面，同时也在扩束透镜的前焦面上；所述物镜靠近激光器，所述扩束透镜靠近被测物体。
3.如权利要求1所述的一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，所述超像素调制子系统，包括：依次设置的DMD、第一透镜、小孔和第二透镜，DMD位于第一透镜的前焦面，小孔位于第一透镜的后焦面，位于第二透镜的前焦面，两个透镜离轴放置，小孔筛选一级次光，小孔与第二透镜同轴放置。
4.如权利要求1所述的一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，所述相机和光电探测器同时将采集的数据上传至上位机，具体包括：
5.如权利要求1所述的一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，所述上位机对采集的数据进行处理得到一步干涉图像，具体包括：通过一系列探测器的探测值I1和调制图案I2相互作用获得O(x,y)，表示为：<I1I2>-<I1&
6.如权利要求1所述的一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，所述采集四步相移通过偏振相移重构出初步干涉图像，具体包括：
7.如权利要求6所述的一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，所述对待测物体的复场图像进行操作，得到待测物体的振幅，具体包括：对待测物体的复场图像进行求绝对值操作，得到待测物体的振幅：
8.如权利要求6所述的一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，所述对待测物体的复场图像进行操作，得到待测物体的相位，具体包括：对待测物体的复场图像进行求幅角操作，得到待测物体的相位：
9.一种基于偏振相移的鬼全息成像方法，其特征在于，包括：
10.如权利要求9所述的一种基于偏振相移的鬼全息方法，其特征在于，所述通过偏振四步相移得到四幅全息图，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，所述滤波扩束子系统，包括：依次设置的物镜、针孔和扩束透镜，所述针孔在物镜和扩束透镜之间，所述针孔既在物镜的后焦面，同时也在扩束透镜的前焦面上；所述物镜靠近激光器，所述扩束透镜靠近被测物体。
3.如权利要求1所述的一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，所述超像素调制子系统，包括：依次设置的dmd、第一透镜、小孔和第二透镜，dmd位于第一透镜的前焦面，小孔位于第一透镜的后焦面，位于第二透镜的前焦面，两个透镜离轴放置，小孔筛选一级次光，小孔与第二透镜同轴放置。
4.如权利要求1所述的一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，所述相机和光电探测器同时将采集的数据上传至上位机，具体包括：
5.如权利要求1所述的一种基于偏振相移的鬼全息系统，其特征在于，所述上位机对采集的数据进行处理得到一步干涉图像，具体包括：通过一...
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