(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210780751.4 (22)申请日 2022.07.04 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 刘世元　刘力　谷洪刚　李文杰　 (74)专利代理 机构 武汉华之喻知识产权代理有 限公司 42 267 专利代理师 曹葆青　方放 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/47(2006.01) (54)发明名称 一种噪声实时分离的叠层衍射计算成像方 法和装置 (57)摘要 本发明公开一种噪声实时分离的叠层衍射 计算成像方法和装置， 属于相干衍射成像领域。 本发明首次提出用于承载噪声能量的虚拟探针 模型， 将耦合的噪声误差通过重构算法迭代分离 到噪声探针内部， 极大提升重构算法的鲁棒性及 待测样品、 照明波前的分辨率、 对比度； 同时极大 降低衍射 成像系统中衍射信号的信噪比需求， 放 松对相干光源光通量、 探测器采样噪声、 动态范 围等硬件条件限制。 本发明提出噪声分离的叠层 衍射成像方法， 可以在探测器记录不同扫描位置 的衍射场信号时， 计算机同步并行地计算迭代重 构出待测样品、 照明波前， 对叠层衍射扫描过程 中噪声信号的动态变化可实时在 线的分离， 误差 分离更为准确， 与不同的计算成像系统自适应， 操作流程更为简便 。 权利要求书2页 说明书8页 附图7页 CN 115201110 A 2022.10.18 CN 115201110 A 1.一种噪声实时分离的叠层衍射计算成像方法， 其特征在于， 该方法应用于叠层衍射 计算成像系统， 包括： S1.初始化照 明探针、 待测样品和至少一个噪声探针， 所述照明探针、 待测样品和各噪 声探针的维度相同， 所有探针的波长均不相同； S2.计算照明探针与待测样品的乘积， 以模拟照明探针按照扫描路径与待测样品作用 形成出射 光； 将各噪声探针直接作为对应噪声出射 光； S3.将各不同波长出射光输入至光场传播模型， 得到对应波长的模拟衍射光场， 以模拟 出射光传播至 探测器平面； S4.将不同波长的模拟衍射光场强度叠加， 将各波长的模拟衍射光场的幅值替换为实 时测量到的衍 射光场强度， 保持其相位 不变， 得到各波长更新后的模拟衍 射光场； S5.各波长更新后的衍射光场输入至光场逆向传播模型， 得到各波长更新后的出射光， 以模拟光逆向传播至待测样品； S6.根据各波长更新前后的出射 光， 同时更新待测样品、 照明探针和各噪声探针； S7.重复步骤S2 ‑S6， 直至完成扫描路径上 所有扫描位置的模拟； S8.计算迭代模拟的和测量到的所有波长的复合衍射光场强度的均方根误差， 当均方 根误差小于预设阈值时， 输出迭代后的照明探针和待测样品的复振幅信息， 否则， 转入步骤 S2。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤S4中， 各波长更新后的模拟衍射光场如 下： 其中， Φm(q， λi)， Φ′m(q， λi)分别表示第m个扫描位置的波长为λi的探针幅值替换前后 的模拟衍射光场， 其中， i＝1对应照明探针， i＝2， …， n时对应第i ‑1个噪声探针， q表 示频域 坐标， n表示不同波长的探针个数； Im(q)表示在第m个扫描位置 处实时测量到的衍射光场的 强度。 3.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤S6中， 同时更新待测样品、 照明探针和各 噪声探针， 具体如下： 其中， α， β， γ表示迭代搜索 步长， 取值在[0， 1]之间； O(r)， O ′(r)分别表示更新前、 更新 后的待测样品， Pm(r， λ1)， Pm′(r， λ1)分别表示在第m个扫描位置处更新前、 更新后的照明探 针， 分别表示第m个扫描位置照明探针幅值替换前、 替换后的出射 光， r表示实空间坐 标， λ1表示照明探针波长， Pm(r， λi)， Pm′(r， λi)分别表示在第m个扫描位置 处 更 新 前 、 更 新 后的 i ‑1 个噪 声 探 针 ， λi表 示 第i 一 1 个噪 声 探 针的 波 长 ，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115201110 A 2分别表示第m个扫描位置的第i ‑1个噪声探针幅值替换前、 替换后的 出射光， *表示复矩阵的共轭运算， |  |max表示矩阵中各元素幅值的最大值， n表示不同波长 的探针个数。 4.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤S8中， 所述迭代模拟的和测量的复合衍 射光场强度的均方根 误差如下： 其中， m表示扫描位置的数量， n表示不同波长的探针个数， Φm(q， λn)表示第m个扫描位 置的波长为 λn的探针更新前的模拟衍射光场的复振幅函 数， q表示 频域坐标， Im(q)表示在第 m个扫描位置处实时测量到的衍 射光场的强度。 5.如权利要求1至4任一项所述的方法， 其特 征在于， 所述噪声探针的数量 为[1,5]。 6.如权利要求1至4任一项所述的方法， 其特征在于， 所述叠层衍射成像系统为透射式 成像系统或者反射式成像系统。 7.一种噪声实时分离的叠层衍 射计算成像装置， 其特 征在于， 包括： 处 理器和存 储器； 所述存储器用于存 储计算机程序或指令； 所述处理器用于执行存储器 中的所述计算机程序或指令， 使得权利要求1至6 中任一项 所述的方法被执 行。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115201110 A 3