相干衍射成像原理
衍射及成像原理_图文
4，衍射几何条件：厄瓦球面
S/l= k S0/l= k0
g
5，衍射仪原理
L=相机 长度
(hkl)
S/l= k
S0/l= k0 ghkl
000
(hkl)
Rhkl
6、 衍射和对称性：反射条件
F(q) = Sfj(q) exp[-2pi(k – k0).rj] = Sfj(q) exp[-2pi (h xj +k yj +l zj)], Ihkl ∝ Fhkl2, 即倒易阵点上才有强度。 However, not all reciprocal lattice points are associated with Bragg reflections. （1） inversion：(xj, yj, zj) –> (-xj, -yj, -zj)，两个原子的散射 因子之和为实数，F(q) = Sfj(q) cos[2p (h xj + k yj + l zj)], Ihkl = Ihkl ，即 倒易点阵具有对称中心 –> 11种LAUE对称中心点群
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2. 单原子散射
与时间无关的薛定谔方程
E1、 = Ekin + V总能量。解是粒子的状态。 对于平面波（点光源的波阵面（等相位面）为球面形，距离远，近 似为平面波，V = 常数）的单原子散射，其解为： = A exp(2pik.r) ，其中 r为wavefront上的一点，k是波矢（波矢空间或倒易空间，IkI = 1/l = (2m0e(E-V)/h2 ) 1/2 = (2m0eEkin/h2 ) 1/2 ）
3.3 Bragg方程
所以S – S0垂直于晶面（hkl），如同镜面反射。 式a (S – S0) = h.l 两侧同乘a*，得(S – S0)/l = h a* = k – k0 = K，因 此K = h a* + k b* + l c*是倒易矢量, 波长的倍数为晶面指数，k 、k0 分别代表出射和入射波矢。 反射条件： I k– k0 I = 1/dhkl = 2 sinq，得Bragg方程l = 2 d sinq 当hkl有公因子时，nl = 2 d sinq，nh nk nl代表伪晶面。
简述光的衍射原理及其应用
简述光的衍射原理及其应用衍射原理光的衍射是指光通过某种物体或障碍物时，波前发生改变并产生弯曲现象。
这种现象是由于光的波动性质所致，即光波传播时会绕过物体或障碍物的边缘，并在背后产生交错干涉现象。
从而导致光的扩散和波动的分布情况。
光的衍射是光波传播过程中重要的现象，具有广泛的应用领域。
衍射现象光的衍射现象是在光线通过一些具有特定尺寸或几何形状的物体时产生的。
当光波传播到物体的边缘或孔的边缘时，波前会发生变化。
在这些边缘附近，光波的干涉效应会产生衍射现象。
光的衍射现象包括以下几个重要特点：1.衍射模式：具体的衍射效应取决于物体的尺寸和形状，例如，当光通过一个小孔时，将产生单缝衍射模式，当光通过一个狭缝时，将产生双缝衍射模式。
2.衍射图样：光经过衍射后，在接收屏上形成特定的图样，衍射图样的形状与物体的尺寸和形状有关。
3.衍射波面：当光波通过物体的边缘时，波面会发生弯曲和扩散现象。
光的衍射应用光的衍射原理在许多领域中具有重要的应用价值。
以下是一些常见的光衍射应用：衍射光栅光栅是由等间距缝条或线组成的透明物体。
经过光栅的光会发生衍射现象，形成特定的衍射图样。
光栅广泛应用于光谱学、激光技术和光学测量中。
例如，在光谱学中，可利用光栅将入射光分解成不同波长的光，从而进行光的分析和测量。
衍射成像衍射成像是利用光的衍射原理实现的一种成像技术。
通过利用光波褶皱和扩散的特性，可以在投影屏上形成物体的衍射图样。
这种技术常用于显微镜、望远镜和干涉计等设备中，用于观察和测量微小物体。
衍射天文学光的衍射原理在天文学中有着重要的应用。
衍射原理可以用于天文望远镜的设计和构造，以提高望远镜的分辨率。
通过在望远镜的光路上设置透镜和光栅，可以使望远镜能够更好地观测和分析远距离星体。
衍射声学除了光波，声波也可以发生衍射现象。
衍射声学是研究声波在物体或障碍物上衍射的学科。
通过利用衍射现象，可以在声学设备设计中实现声波的控制和操作，用于音频信号处理、声波传感器和扩音设备等领域。
OCT(光学相干层析成像)原理
1993年，第一台商 用OCT系统上市。
2000年代以后， OCT技术逐渐拓展 到其他医学领域， 如皮肤科、妇科等。
OCT技术的应用领域
眼科
OCT技术广泛应用于眼科疾病 的诊断和治疗，如黄斑病变、
青光眼、白内障等。
皮肤科
OCT技术可以用于皮肤肿瘤、 皮肤炎症等疾病的诊断和治疗 。
妇科
OCT技术可以用于子宫颈癌、 卵巢癌等妇科疾病的诊断和治 疗。
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OCT的层析原理
OCT通过测量反射光和透射光的干涉信号来获取样品的层 析结构。干涉信号的强度与参考光束和样品光束的光程差 有关，通过测量不同延迟时间下的干涉信号，可以重建样 品的层析结构。
OCT的层析过程通常采用频域OCT或时域OCT技术实现。 频域OCT通过快速扫描光学频率来获取干涉信号，而时域 OCT则通过快速扫描参考光束的延迟时间来获取干涉信号 。
03 OCT系统组成
光源模块
01
02
03
光源选择
OCT系统通常使用近红外 光波长的激光作为光源， 如800-1300nm波长范围。
光源输出功率
光源模块需要提供稳定的 输出功率，以保证OCT系 统的成像质量。
光谱特性
光源应具有较窄的光谱宽 度，以提高OCT系统的分 辨率。
扫描模块
扫描方式
扫描模块负责将光源发出 的光束扫描到待测样品上， 实现层析成像。
OCT图像的定量分析
厚度测量
OCT图像可以用于测量组织的厚度，通过对不同层次反射信号的 识别和测量，可以获得组织厚度的定量数据。
折射率计算
OCT设备通过测量光在组织中的传播速度，可以计算出组织的折射 率，这对于判断组织性质和生理状态具有重要意义。
x射线相衬成像 原理
x射线相衬成像原理
X射线相衬成像是一种利用X射线进行高分辨率成像的技术。
它的原理基于X射线的衍射和干涉现象。
在X射线相衬成像中，X 射线通过被成像的样品并与参考波束进行干涉，从而产生对样品内部微小结构的高分辨率影像。
具体来说，X射线相衬成像的原理包括以下几个方面：
1. 衍射，X射线通过样品时会发生衍射现象，这是因为样品内部的不同区域对X射线的衍射角度不同，导致X射线波前的相位发生变化。
2. 干涉，X射线通过样品后，与参考波束相互干涉。
当X射线波前的相位发生变化时，就会产生干涉图样，这种干涉图样可以提供关于样品内部微小结构的信息。
3. 相衬效应，X射线相衬成像利用了X射线的相衬效应，即通过调节X射线波前的相位差，使得原本被吸收的X射线能够被相衬成像系统检测到，从而实现对样品微小结构的成像。
总的来说，X射线相衬成像的原理基于X射线的衍射、干涉和相衬效应，通过探测X射线波前的相位变化，实现对样品内部微小结构的高分辨率成像。
这种技术在医学影像学、材料科学等领域具有重要的应用前景。
阿贝成像原理
+∞
∞
∫
E ( x, y )exp[i 2π ( f x x + f y y )]df x df y
像面的光强分布
( x, y )} 2 I ( x′, y′) = (λ f ′) F {E
2 1
( x, y )} 2 = I ( x′, y′) 物面上的光强分布 I ( x, y ) = t ( x0 , y0 ) = F {E (λ f ′) 4
F
S+1
A B C
S0 S-1
阿贝成象原理
2. 像面 上光场的复振幅分布 像面I’上光场的复振幅分布 光波从焦面F’到象面 到象面I’的传播 光波从焦面 到象面 的传播 如：显微系统
+∞
菲涅耳衍射积分
远场
物镜焦面上光场分布函数的傅里叶变 物镜焦面上光场分布函数的傅里叶变换
E ( x ', y ') = ∫
CH 6-4
阿贝成像原理
Abbe imaging principle
6.4 阿贝成像原理
阿贝（Abbe，1840－1905）研究如何提高显微镜的分 阿贝（ ， － ） 辨本领问题—1873 年对相干光照明的物体提出了两步 辨本领问题 衍射成像原理。 衍射成像原理。
L
O
1
F
S+1 S0 S-1
I’ C’ B’ A’
2 1
当透镜孔径为无限大时－－物面的所有频谱都参与综合成像 当透镜孔径为无限大时－－物面的所有频谱都参与综合成像 当透镜孔径为无限大时－－ －－物面与像面对应点光强之比为常数－－两者的光强分布完全 物面与像面对应点光强之比为常数－－ －－物面与像面对应点光强之比为常数－－两者的光强分布完全 相同－－ 物与像几何相似 相同 实际透镜的口径有限－－物函数所含有的频率超过一定限度的信 实际透镜的口径有限－－ 实际透镜的口径有限－－物函数所含有的频率超过一定限度的信 －－因衍射角过大而失去高频成分的信息再综合到一起时像 息－－因衍射角过大而失去高频成分的信息再综合到一起时像 的细节被“平滑”而变模糊－－ －－棱角不分明 的细节被“平滑”而变模糊－－棱角不分明 提高系统的成像质量：应扩大透镜的口径 减少高频信息的损失 提高系统的成像质量： 提高系统的成像质量 应扩大透镜的口径－减少高频信息的损失
衍射及成像原理-图文
(4) 滑移面： b: (xj, yj, zj) –> (-xj, 1/2+yj, -zj)，对于(hk0)，k = 2n
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2. 单原子散射
与时间无关的薛定谔方程
E1、 = Ekin + V总能量。解是粒子的状态。 对于平面波（点光源的波阵面（等相位面）为球面形，距离远，近 似为平面波，V = 常数）的单原子散射，其解为： = A exp(2pik.r) ，其中 r为wavefront上的一点，k是波矢（波矢空间或倒易空间，IkI = 1/l = (2m0e(E-V)/h2 ) 1/2 = (2m0eEkin/h2 ) 1/2 ）
S – S0
k q
k0
S0
k – k0 = K
q
S (hkl)
3.5 单胞散射
单胞内所有原子散射波的总和，振幅正比于
F(q) = Sfj(q) exp[-2pi(k – k0).rj]，结构因子
k – k0 = K
k
k0
q
ra
3.6 完整晶体散射
fg＝S Fn exp[-2piK.rn]，其中Fn是第n个单胞的散射因子 ，rn ＝n1a+n2b+n3c是第n个单胞的位置，K是倒易矢量 当K.rn＝m时产生衍射，即K 为倒易点阵结点位置 = g = h a* + k b* + l c*
同理，三维情形：
a (cos a – cosa0) = h.l, 等效于： a (H2A1 – A2H1) = h.l
= a (S – S0)，S、S0为单位矢量。 LAUE方程
物理成像原理
物理成像原理
物理成像原理是指通过物理原理来实现图像的形成和传输的过程。
其中几个常用的物理成像原理包括透镜成像原理、干涉成像原理、衍射成像原理和散射成像原理。
透镜成像原理是利用透镜的折射作用来实现成像的原理。
当光线通过透镜时，根据透镜的凸凹形状，光线会发生折射，并在焦点处集中，从而形成清晰的像。
干涉成像原理是基于光的干涉现象实现图像的原理。
当两束光线相遇时，它们会发生干涉，形成交替的亮暗条纹。
通过测量和分析这些条纹可以得到物体的图像信息。
衍射成像原理是基于光的衍射现象实现图像的原理。
当光通过一个小孔或细缝时，会发生衍射现象，产生一系列交替的亮暗条纹。
通过观察和测量这些条纹可以获取物体的图像信息。
散射成像原理是利用散射现象实现图像的原理。
当光线遇到物体表面时，会发生散射，光线在各个方向上均匀分散。
通过接收和处理散射光可以还原出物体的图像。
这些物理成像原理在不同的应用领域中发挥着重要的作用，如光学、医学影像学和遥感等。
通过对这些原理的研究和理解，我们能够更好地理解图像的形成过程，并应用于实际问题的解决中。
光的衍射与干涉在成像技术中的应用
干涉成像的优点
提高图像的分辨 率和清晰度
降低图像的噪声 和干扰
增强图像的对比 度和色彩饱和度
实现微小物体的 高精度检测和测 量
干涉成像技术的应用
干涉成像技术的基本原理
干涉成像技术在表面形貌测量中 的应用
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干涉成像技术在光学显微镜中的 应用
干涉成像技术在波前传感器中的 应用
中的应用
01
光的衍射与干涉的基本原理
光的波动性
光的衍射：光在传播过程中遇到障碍物时发生的偏离直线传播的现象。
光的干涉：两束或多束光波在空间相遇时，由于相位差的存在，相互加强或相互抵 消的现象。
波动性是光的基本属性之一，具有传播、干涉、衍射等特性。
光的衍射与干涉在成像技术中具有重要的应用，如提高成像质量、实现光学显微等。
06
光的衍射与干涉在遥感成像中的应用
卫星遥感中的衍射与干涉技术
衍射与干涉技术在卫星遥感中的应用原理 衍射与干涉技术在卫星遥感中的优势与局限性 衍射与干涉技术在卫星遥感中的实际应用案例 未来卫星遥感中衍射与干涉技术的发展趋势
雷达遥感中的衍射与干涉技术
雷达遥感技术利用电磁波探测地表和地表下物质特性，实现地形地貌、资源环境等领域的监测和测量。
衍射在成像技术中的应用：利用衍射原理设计超分辨成像镜头，提高成像分辨率 和清晰度
超分辨成像技术
简介：超分辨成像技术利用光的 衍射原理，突破了光学衍射极限， 实现了高分辨率成像。
应用领域：在生物医学、安全监 控、高精度测量等领域有广泛应 用。
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技术原理：通过精心设计的掩膜和光 学系统，控制光的衍射和干涉，从而 在成像中获得更高的空间分辨率。
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ENDBiblioteka 相干衍射成像相干衍射成像
相干光源照明条件下，通过物波衍射或干涉光场强度分布获取波前相位 信息实现二维或者三维物体成像的技术称为相干衍射成像（CDI）。
相干衍射成像(CDI )是从衍射分布中恢复出物体原图像的过程。物波光场 的复振幅函数有振幅和相位两部分组成，物波场的衍射或干涉光场的振幅信 息一般通过感光胶片或者数字图像传感器如CCD可以方便的记录其强度分布 获得，但是图像传感器不能直接探测波前的相位信息，恢复原图像即重建物 波函数需要同时知道其振幅信息和相位信息。
光强传播的方程(TIE )可以写为：
上式描述的是菲涅耳衍射场中光强 I 的轴向梯度与相位 φ 垂轴方向分布 的关系。 没有迭代过程，求解TIE 有四种典型的方法，分别是傅里叶变换法、格 林函数法、泽尼克多项式法和多重网格法，光强传播方程算法需要测量多次 光强分布，但其抗噪性能强。
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的卷积可解阵列波前检测的原理如下所述： （1）让被测波前（具有非均匀的振幅和相位分布）先通过一个特殊设计的多针孔阵列抽样 板（CSSA）； （2）被抽样波前经过一个Fraunhofer衍射到达一个图像传感器（如CCD）的记录平面，由 CCD记录该Fraunhofer衍射光场的强度分布图样并输入计算机或图像处理器； （3）对所记录的强度图样做逆傅里叶变换得到该强度图样的空间频谱函数； （4）最后再通过一个与CSSA 对应的多针孔阵列抽样板对该频谱函数进行抽样滤波就可以得 到待测抽样波前的振幅和相位分布。 被抽样波前的Fraunhofer衍射图样也可通过在CSSA和CCD之间插入一个傅里叶变换透镜并将 CCD记录面置于傅里叶变换透镜的后焦面上来获得。由于从该 Fraunhofer 衍射光场强度图样的 逆傅里叶变换中求解被测波前在数学上等价于一个解卷积过程，因此我们将以上所用多针孔抽 样板命名为卷积可解阵列抽样板并将上述波前探测方法称为卷积可解阵列抽样法。该方法完全 不需要迭代过程。相位恢复过程也只在一幅衍射强度图像中进行，不涉及多幅图像的交互处理， 可实现二维波前的实时测量。
GS 基本算法
GS 基本算法
HIO 混合算法 ER 算法
应用于相干成像的迭代相位恢复算法中，典 型的是混合输入输出HIO 算法,它是ER算法的基 础上，使用一幅输出面的光强分布重建原物波 的方法，对于物波函数是实函数的情况效果较 好。
TIE 混合算法
基于强度测量的相位恢复算法的核心思想就是通过求解光强传播方程（TIE ）， 从强度信息中计算出相位信息。
相干衍射成像
基于迭代算法的相干衍射成像
主要有三种迭代算法： 1、GS算法 GS 算法也称为误差下降算法，物波函数在空域和频域的交替迭代计算过程中，空域强度 分布和频域强度分布作为单一迭代约束条件，存在着收敛性迭代‘停滞’问题。 2、HIO算法 改进了误差减少ER 算法并进一步发展了混合输入输出HIO 算法,克服了临界问题,在相干 衍射成像中被广泛使用。 3、TIE算法 基本原理是测量沿光传播方向的光强变化推算出垂直方向的相位分布，目前比较常用的 解TIE 方程的方法是傅里叶变换法
由于迭代算法通常存在计算量大和迭代收敛性问题，提出了基于波前调制或 抽样的波前检测和衍射成像方法。 这类方法的基本思路是：（a）在被测样品和图像传感器记录平面之间引入某 种具有特定透过率分布的波前调制或抽样元件；（b）记录物波经波前调制或抽 样后的衍射光场的强度分布图样；（c）基于所用波前调制元件的衍射特性建立相
应的波前或相位恢复算法，在计算机中实现数字波前重现和数字衍射成像。
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像