基于波前重构的计算显微成像方法与应用研究

发布时间：2021-02-04 09:27

　　光学显微成像设备及光学检测仪器日益走向精密化,推动着各行各业的科学与技术发展。然而,在部分行业的生产、实践和科学研究中,例如野外环境监测、远程医疗和农林业等领域,研究人员对具有低成本、便携式和抗环境噪声等特点的显微成像设备具有迫切需求。随着激光二极管（LD）、半导体发光二极管（LED）、光纤及二元光学元件等现代光学元件、CMOS/CCD光电图像传感器及计算机技术的发展,利用廉价光学元器件和计算成像算法相结合的方式,实现成像算法取代部分复杂光学元件,可以使得原本复杂的光学显微成像设备变得更加结构简单、便携化。本文深入、系统地探讨了如何利用基于波前重构的计算成像的方法实现光学显微成像设备的简单化、数字化、廉价化和便携化。本文创新点如下:a.讨论了标量角谱理论、基于距离/波长改变的Gerchberg-Saxton（G-S）迭代算法、基于距离/波长改变的光强传输方程（TIE）、图像自动聚焦方法（测量离焦距离和测量照明波长）等波前重构算法及其支撑算法在计算显微成像中的适用范围、求解方法及它们的综合使用流程;本论文提出的综合算法流程明显降低了波前重构算法对精密硬件的依赖性,对基于波前重构的计算成像... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

含有成像透倪组的相干成像系统示意圈

在一系列近似假设下，可以用标量波动光学理论对待各种成像问题。??最为常见的能够完全记录光波前的复函数（振幅－相位）信息的方法就是全息术。其中，??Ｇａｂｏｒ同轴数字全息是一种单光束同轴数字全息（如图１．２），其记录全息图时的衍射物光波??和直透参考光波同向传播且经历相同的路径和光学器件［９］。因此，对于单光路的Ｇａｂｏｒ同??轴全息系统，它有着与上述线性相干成像系统几乎一致的硬件装置结构。由于同轴数字全??息有着诸多的优势，例如，光路结构中光学元件少、光源相干性要求低、抗环境噪声能力??强、干涉条纹密度且充分地利用了探测器有限的空间带宽积，因此在全息成像和全息测量??领域有着广泛的应用，但其再现过程中零级衍射像和共轭像会同时以杂散光的形式出现在??像面上，并与原始像重叠，降低了重构图像的画面质量（如图１．３）。??），〇?７??Ｉｚｌ?ｎ??Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ?／?又’〇?ｘ????ｚ＿—??Ｏｂｊｅｃｔ?ｐｌａｎｅ?Ｈｏｌｏｇｒａｍ?ｐｌａｎｅ??图１．２?Ｇａｂｏｒ同轴数字全息原理

在一系列近似假设下，可以用标量波动光学理论对待各种成像问题。??最为常见的能够完全记录光波前的复函数（振幅－相位）信息的方法就是全息术。其中，??Ｇａｂｏｒ同轴数字全息是一种单光束同轴数字全息（如图１．２），其记录全息图时的衍射物光波??和直透参考光波同向传播且经历相同的路径和光学器件［９］。因此，对于单光路的Ｇａｂｏｒ同??轴全息系统，它有着与上述线性相干成像系统几乎一致的硬件装置结构。由于同轴数字全??息有着诸多的优势，例如，光路结构中光学元件少、光源相干性要求低、抗环境噪声能力??强、干涉条纹密度且充分地利用了探测器有限的空间带宽积，因此在全息成像和全息测量??领域有着广泛的应用，但其再现过程中零级衍射像和共轭像会同时以杂散光的形式出现在??像面上，并与原始像重叠，降低了重构图像的画面质量（如图１．３）。??），〇?７??Ｉｚｌ?ｎ??Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ?／?又’〇?ｘ????ｚ＿—??Ｏｂｊｅｃｔ?ｐｌａｎｅ?Ｈｏｌｏｇｒａｍ?ｐｌａｎｅ??图１．２?Ｇａｂｏｒ同轴数字全息原理

【参考文献】：
期刊论文
[1]Characteristics of high power LEDs at high and low temperature[J]. 郭伟玲,贾学娇,尹飞,崔碧峰,高伟,刘莹,闫薇薇.  半导体学报. 2011(04)



本文编号：3018093