基于空间光调制器的结构探测共焦横向超分辨方法研究

发布时间：2017-09-02 03:21

  本文关键词：基于空间光调制器的结构探测共焦横向超分辨方法研究

  更多相关文章： 共焦显微系统 横向分辨率 结构探测方法 空间光调制器

【摘要】：共焦显微系统的点探测使其在横向上产生“1.4倍”的分辨率提高,但实际针孔尺寸不可能无限小。另外,为了满足信噪比的要求,针孔尺寸越大越好,造成共焦显微系统横向分辨率的迅速降低。因此,在实际的共焦显微系统中,理论值“1.4倍”难以实现,如何在有限尺寸探测针孔的共焦显微系统中提高横向分辨率是共焦显微领域诸多学者一直关注的问题。本课题针对上述问题,提出一种基于空间光调制器的结构探测共焦横向超分辨方法,在现有结构探测方法上进行改进和突破,实现在大针孔共焦显微系统中高分辨率、快速成像。主要目的和意义在于:一方面采用结构探测方法实现在大针孔共焦显微系统中兼顾分辨率与信噪比,并且改进现有结构探测方法中的解调与重构过程,使结构探测方法的实施更加简单、易操作;另一方面,采用空间光调制器实现结构探测过程,避开CCD探测器的限速作用,使系统的探测速度得到有效提高。课题主要内容如下:首先,基于共焦显微系统相干成像理论,对结构探测方法的超分辨原理进行理论验证。针对结构探测函数中影响系统分辨率特性的主要参数进行仿真分析,得到改进的结构探测函数;并从系统点扩散函数及相干传递函数的角度对结构探测方法超分辨特性进行仿真验证。其次,基于系统截止频率及强度点扩散函数半高全宽的分辨率评价方法,得到了在有限大小探测针孔尺寸的共焦显微系统中引入结构探测方法后,横向分辨率可提高到同等大小探测针孔尺寸基本共焦显微系统的1.8倍,是理想共焦显微系统分辨率的1.3倍。最后,设计并搭建实验装置,进行理论验证。搭建虚拟结构探测共焦显微系统实验装置,对改进后的结构探测函数能够提高系统横向分辨率的理论正确性进行验证,并得到虚拟结构探测实验系统的探测效率。搭建基于空间光调制器的结构探测共焦显微系统实验装置,分别对系统横向超分辨特性以及系统探测效率的提高进行实验验证。实验结果表明,本课题提出的基于空间光调制器的结构探测共焦横向超分辨方法,在实际的共焦显微系统中实现了横向分辨率1.6倍的提高;同时,采用空间光调制器模拟结构探测函数分布,将结构探测方法硬件化,相比于虚拟结构探测实验方法,其有效探测速率提升为33倍。
【关键词】：共焦显微系统 横向分辨率 结构探测方法 空间光调制器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH742
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究的背景及意义9
• 1.2 国内外研究现状及分析9-17
• 1.2.1 结构探测超分辨方法的研究现状10-16
• 1.2.2 液晶空间光调制器的发展现状16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第2章 结构探测共焦超分辨方法的原理分析19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 共焦显微系统相干成像理论19-27
• 2.2.1 薄透镜的相干成像理论20-22
• 2.2.2 共焦显微系统相干成像原理分析22-23
• 2.2.3 共焦显微系统相干传递函数23-24
• 2.2.4 共焦显微系统针孔对分辨率的影响24-27
• 2.3 结构探测共焦显微超分辨原理分析27-35
• 2.3.1 结构探测共焦显微系统的点扩散函数28-29
• 2.3.2 结构探测共焦显微系统的相干传递函数29-32
• 2.3.3 影响结构探测共焦超分辨特性的主要参数分析32-35
• 2.3.3.1 探测针孔大小对系统特性的影响32-34
• 2.3.3.2 结构探测函数的直流偏置对结构探测特性的影响34
• 2.3.3.3 结构探测函数的频率对结构探测特性的影响34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 分辨率评价方法及空间光调制器的基本原理36-45
• 3.1 引言36
• 3.2 相干成像系统的分辨率评价36-40
• 3.2.1 截止频率评价方法36-37
• 3.2.2 两点分辨评价方法37-39
• 3.2.3 半高全宽评价方法39-40
• 3.2.4 系统分辨率评价方法小结40
• 3.3 液晶空间光调制器的调制原理40-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 实验系统设计与验证45-76
• 4.1 引言45-49
• 4.1.1 系统控制程序45-47
• 4.1.2 关键实验器件47-48
• 4.1.3 实验系统的理论指标48-49
• 4.2 基本共焦扫描显微系统实验49-53
• 4.2.1 实验系统设计49-50
• 4.2.2 实验搭建及实验结果分析50-53
• 4.3 基于CCD的虚拟结构探测共焦超分辨实验53-60
• 4.3.1 实验系统设计53-54
• 4.3.2 实验系统搭建及实验结果分析54-60
• 4.3.2.1 实验结果及分析55-59
• 4.3.2.2 虚拟结构探测共焦超分辨实验结果小结59-60
• 4.4 基于空间光调制器的结构探测共焦超分辨系统实验60-75
• 4.4.1 基于SLM的结构探测共焦显微系统实验系统设计60
• 4.4.2 空间光调制器的调制特性测试60-68
• 4.4.2.1 空间光调制器的振幅调制特性测试61-64
• 4.4.2.2 空间光调制器对艾里斑的调制效果测试64-67
• 4.4.2.3 空间光调制器的调制特性测定实验小结67-68
• 4.4.3 基于SLM的结构探测共焦显微实验系统搭建及实验结果分析68-75
• 4.4.3.1 实验系统搭建68-70
• 4.4.3.2 实验结果及分析70-74
• 4.4.3.3 基于SLM的结构探测共焦超分辨实验总结74-75
• 4.5 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果81-83
• 致谢83

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本文编号：776092