基于离轴数字全息的多种水下微生物识别

发布时间：2020-11-10 06:44

　　 水下微生物的探测是检测水质的一种重要手段,通过检测水中微生物种类、数量、密度等信息,可以完成对水质情况的判定。相对于传统的人工检测微生物的方法,使用数字全息的方法探测微生物具有巨大的优势。它通过数字再现技术获得清晰的微生物图像,然后使用计算机数字图像处理技术进行特征提取,得到微生物的特征信息实现微生物的探测识别。本文提出一种离轴显微数字全息探测方法。主要工作内容如下:从传统数字全息出发,详细介绍了离轴数字全息理论,分析了其记录条件、记录距离和两种经典全息图再现重建算法。在Jamin干涉仪基础上,结合数字全息术,在光路中引入显微镜头,改进了离轴显微数字全息系统,并对其光路进行分析、搭建和调试。从全息图记录和再现过程中的噪声出发,研究提高全息图再现像的质量。在分析常用去噪算法的基础上,使用背景相减法去除背景噪声、频域滤波法得到正一级物像。提出三种自动聚焦算法,获得清晰的再现像。边缘检测提取目标微生物轮廓,使用圆度、矩形度和欧式距离判别法识别圆筛藻、栅藻和草履虫,实现多种水下微生物的探测识别。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X835;TP391.41
【部分图文】：

图 1.1 水华和赤潮Figure 1.1 Water bloom and red tide在污水处理方面，微生物处理技术是处理市镇和工业废水的最具成本效益和最常用的方法，微生物主要处理污水中的氮、磷、碳等污染物，可以有效避免水体的富营养化。主要原理是通过微生物将复杂的含氮、磷等有机物降解为氮、磷无机物。污水微生物处理法不仅经济高效，而且实现了无害处理和资源的重复利用，对污水中微生物群落检测可以有效反应当前污水处理效果，在污水处理领域有着极其重要作用[5]。得益于近年来光学全息技术和光电接收器件（CCD）的飞速发展，再结合相应的图像处理算法，为快速高效自动探测水下微生物提供了新的一种思路。本文基于离轴数字全息成像理论形成了一套水下微生物自动识别探测的系统。与传统微生物显微镜识别方法相比，该系统不仅实现了对水下微生物的快速准确识别，还克服了传统微生物识别耗时大，劳动强度大，使用环境有限，受检测人员主观影响大的缺点。该系统可对水下微生物进行非接触测量，快速识别微生物种类。

合肥工业大学学术硕士研究生论文 0U x , y , z aexp jk x cos ycos （2.3）2.1.2 菲涅尔衍射积分当光束经过小孔、或障碍物时，由于光的波动性，会偏离原直线传播路径的现象称为衍射，如图 2.1 所示。在紧靠小孔或障碍物的后方平面上，衍射光场的分布几乎与孔径或障碍物一样，并衍射随着传播距离的增加，衍射图样形状与大小越来越偏离小孔后障碍物，这个区域称之为菲涅尔衍射区。

图 2.2 离轴数字全息再现光路ure 2.2 Off-axis digital holographic reproduction optic导的全息图复振幅透射率可知，再现光波通过全 0 0 00, ,exp 2B HU Ru x y u t x ysinA j y t t t tu u u *0 0 0 0, , exp 2U R Ut t A t O x y O x y j 0 0 0 0 0 0, , exp Bu t A R O x y A R O x y j x
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本文编号：2877616