基于光强传输方程的相位恢复与多模式成像研究
发布时间：2021-04-10 23:48
显微镜作为17世纪最伟大的发明之一,如今已渗透到到科学研究的各个领域中。为了避免对透明样品进行染色处理,研究学者提出了多种能够实现非标记的相位测量与相位恢复的方法。光强传输方程由于其非干涉、非迭代以及无需解包裹等优点,获得了国内外学者的广泛关注与研究。该方法不需要复杂的干涉装置,也避免迭代算法的不确定性,且通过简单改造即可在传统明场显微镜上实现定量相位成像。针对TIE成像的这些特点,本文着重研究并提出了两种基于光强传输方程的相位成像系统:多模式成像系统和光学衍射层析成像系统。多模式成像系统通过将传统明场显微镜与计算成像相结合,利用电控变焦透镜模块获取不同焦面的图像堆栈,通过计算得到定量相位图像、泽尼克相衬图像以及DIC图像。活细胞成像的结果表明,该系统可有效地应用于细胞形态学的生物医学研究中。光学衍射层析成像系统通过对传统明场显微镜进行改造,利用可编程LED阵列作为照明光源,并由TIE相位恢复得到前向散射光场的复振幅,最后利用光学衍射层析算法以及非负约束迭代得到了物体内部的三维折射率分布。该系统不同于传统的基于数字全息的方法,实现了非干涉的三维相位层析。本文所提出的两种基于TIE成像的...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１奥林巴斯ＣＸ２３明场显微镜的实物图以及观察到的未染色胰腺癌细胞??
一段时间里都没有什么发展。直到２０世纪９０年代，光电探测器与计算机的性能大幅度??改善，数字全息才得到大量学者的关注与研宄。数字全息显微镜（ＤＨＭ）的工作原理如??图１．２所示。通过干涉产生的全息图被ＣＣＤ传感器采集，经过电脑特定算法计算，重建??微观物体的三维图像。相比于传统的全息术，数字全息的优点有：（１）利用电子元件（如??光电探测器）作为记录介质，无需复杂的湿处理过程；（２）全息图以数字图像的方式保??存下来，并且采用数值再现的方法定量的得到物光波的分布；（３）可以通过已有的数字??图像处理技术来减少各种像差以及噪声的影响，提高再现像的质量。虽然数字全息有着??这么多的优点，但它仍然是基于光的干涉原理，首先就意味着它需要具有高度相干性的??光源，即需要复杂的干涉装置；其次数字全息得到的定量相位是包裹相位，需要利用复??杂的解包裹算法对包裹相位进行解缠。??ｒ?ｎ??１?９國［??Ｈｏｌｏｇｒａｍ??ＤＨＭ?Ｓｏｆｔｗａｒｅ?３Ｄ?ｉｍａｇｅ??图１．２数字全息显微镜的工作原理。??在光学测量领域中与干涉术相对应的方法被称为非干涉相位测量技术。其中夏克．??哈特曼（Ｓｈａｒｋ－Ｈａｒｔｍａｍｉ）波前传感器作为一种高效的波前相位检测器件，被广泛应用??于光学测量、天文学以及自适应光学领域。它的雏形是由德国天文学家Ｊ．?Ｈａｒｔｍａｎｎ于??１９００年首次提出并将其应用于大口径望远镜的像差检测但是当时由于微结构加工工??艺的限制
硕士学位论文??使会聚到光电探测器上的光斑发生偏移。通过测量探测器上的焦斑相对于微透镜阵列光??轴的偏移量（如图１．２中的化？乂），运用数学手段就可以恢复出最终的波面。目前，??Ｓｈａｒｋ－Ｈａｒｔｍａｎｎ波前传感器主要应用于光学检测、激光光束整形以及自适应光学领域。??由于微透镜物理尺寸的限制，Ｓｈａｒｋ－Ｈａｒｔｍａｎｎ波前传感器很少直接应用于相位成像与显??微领域［９］。??／?／?／?…?，丄??（（（－ＴＺ，??＼?＼?＼??入射光波场?ｉ透镜降列?ＣＣＤ成像靣??图１．３夏克？哈特曼波前传感器的工作原理??除了以上的定量相位成像技术，依然存在着一些基于相衬法的定性相位成像技术，??他们在生命科学领域做出了不可磨灭的贡献，推动了生物医学的发展。１９３５年，荷兰科??学家Ｚｅｍｉｋｅ将改进的相衬原理应用到了显微镜上，提出了具有划时代意义的相衬显微??术［１（）］（？１１＾５６?Ｃｏｎｔｒａｓｔ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＰＣ））。它的原理是利用位相板对零级衍射斑和较高级次??衍射斑分别进行处理
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光强传输方程的多模式成像[J]. 张赵,李加基,孙佳嵩,张佳琳,左超. 影像科学与光化学. 2017(02)
[2]基于光强传输方程的非干涉相位恢复与定量相位显微成像:文献综述与最新进展[J]. 左超,陈钱,孙佳嵩,Anand Asundi. 中国激光. 2016(06)
[3]数字全息显微定量相位成像的实验研究[J]. 马利红,王辉,金洪震,李勇. 中国激光. 2012(03)
本文编号：3130555
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１奥林巴斯ＣＸ２３明场显微镜的实物图以及观察到的未染色胰腺癌细胞??
一段时间里都没有什么发展。直到２０世纪９０年代，光电探测器与计算机的性能大幅度??改善，数字全息才得到大量学者的关注与研宄。数字全息显微镜（ＤＨＭ）的工作原理如??图１．２所示。通过干涉产生的全息图被ＣＣＤ传感器采集，经过电脑特定算法计算，重建??微观物体的三维图像。相比于传统的全息术，数字全息的优点有：（１）利用电子元件（如??光电探测器）作为记录介质，无需复杂的湿处理过程；（２）全息图以数字图像的方式保??存下来，并且采用数值再现的方法定量的得到物光波的分布；（３）可以通过已有的数字??图像处理技术来减少各种像差以及噪声的影响，提高再现像的质量。虽然数字全息有着??这么多的优点，但它仍然是基于光的干涉原理，首先就意味着它需要具有高度相干性的??光源，即需要复杂的干涉装置；其次数字全息得到的定量相位是包裹相位，需要利用复??杂的解包裹算法对包裹相位进行解缠。??ｒ?ｎ??１?９國［??Ｈｏｌｏｇｒａｍ??ＤＨＭ?Ｓｏｆｔｗａｒｅ?３Ｄ?ｉｍａｇｅ??图１．２数字全息显微镜的工作原理。??在光学测量领域中与干涉术相对应的方法被称为非干涉相位测量技术。其中夏克．??哈特曼（Ｓｈａｒｋ－Ｈａｒｔｍａｍｉ）波前传感器作为一种高效的波前相位检测器件，被广泛应用??于光学测量、天文学以及自适应光学领域。它的雏形是由德国天文学家Ｊ．?Ｈａｒｔｍａｎｎ于??１９００年首次提出并将其应用于大口径望远镜的像差检测但是当时由于微结构加工工??艺的限制
硕士学位论文??使会聚到光电探测器上的光斑发生偏移。通过测量探测器上的焦斑相对于微透镜阵列光??轴的偏移量（如图１．２中的化？乂），运用数学手段就可以恢复出最终的波面。目前，??Ｓｈａｒｋ－Ｈａｒｔｍａｎｎ波前传感器主要应用于光学检测、激光光束整形以及自适应光学领域。??由于微透镜物理尺寸的限制，Ｓｈａｒｋ－Ｈａｒｔｍａｎｎ波前传感器很少直接应用于相位成像与显??微领域［９］。??／?／?／?…?，丄??（（（－ＴＺ，??＼?＼?＼??入射光波场?ｉ透镜降列?ＣＣＤ成像靣??图１．３夏克？哈特曼波前传感器的工作原理??除了以上的定量相位成像技术，依然存在着一些基于相衬法的定性相位成像技术，??他们在生命科学领域做出了不可磨灭的贡献，推动了生物医学的发展。１９３５年，荷兰科??学家Ｚｅｍｉｋｅ将改进的相衬原理应用到了显微镜上，提出了具有划时代意义的相衬显微??术［１（）］（？１１＾５６?Ｃｏｎｔｒａｓｔ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＰＣ））。它的原理是利用位相板对零级衍射斑和较高级次??衍射斑分别进行处理
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光强传输方程的多模式成像[J]. 张赵,李加基,孙佳嵩,张佳琳,左超. 影像科学与光化学. 2017(02)
[2]基于光强传输方程的非干涉相位恢复与定量相位显微成像:文献综述与最新进展[J]. 左超,陈钱,孙佳嵩,Anand Asundi. 中国激光. 2016(06)
[3]数字全息显微定量相位成像的实验研究[J]. 马利红,王辉,金洪震,李勇. 中国激光. 2012(03)
本文编号：3130555
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