基于数字全息的新型定量相位显微成像方法及应用研究
发布时间：2021-08-16 13:35
数字全息,作为一种光学成像技术,具有对物波波前的复振幅（特别是相位信息）进行定量成像和测量的独特优势,已广泛应用于物理、化学、生物、医学等许多领域。近来,在传统离轴数字全息和同轴数字全息的基础上,发展出微离轴数字全息以及共路离轴数字全息。微离轴数字全息与传统的离轴数字全息（如基于马赫-曾德或迈克尔逊干涉仪的离轴数字全息）相比,具有需要图像传感器带宽更小的优势,并且与传统的同轴数字全息相比,其需要测量量更少。共路离轴数字全息,相较于传统的离轴数字全息光路结构更加稳定,对机械振动和空气扰动的抗干扰能力更强,所需光学元件更少,已被广泛应用于定量相位成像等领域。本论文主要针对基于数字全息的定量相位显微成像技术,特别是微离轴数字全息和共路离轴数字全息以及基于共路离轴数字全息的定量偏振显微成像技术,开展了理论和实验研究。论文的主要研究内容如下:1.第一章综述了基于数字全息的相位显微成像技术的历史背景和研究进展。主要介绍了离轴全息成像技术以及同轴全息成像技术的研究进展,并介绍了近几年发展起来的微离轴全息成像技术和共路离轴全息成像技术。2.第二章对数字全息技术进行了基本的理论分析。简要介绍了全息成像的...
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
相称显微镜的工作原理示意图
山东师范大学博士学位论文3图1-2微分干涉差显微镜的光路原理图[5]尽管相衬显微术及其衍生技术（如微分干涉差显微技术）能够将又薄又透明的生物样品的相位转化成强度进行观察，但是传统的相位成像技术中强度与相位之间的分布呈非线性关系，致使其只能用于定性分析，不能用于定量测量物体折射率的相位分布信息。1.3定量相位显微成像技术的研究对于一束单色光波，其光场可以表示为：Ex,yAx,yexpix,y(1.1)上式（1.1）中，Ax,y为光波的振幅，x,y为光波的相位。当光波通过观测的生物细胞或者组织为薄且透明时，光波的波长和振幅并不会有明显的改变，因此在使用传统的显微镜对其进行观察时，无法对物体实现清晰的成像和观察。下图1-3为测量传统光强度的示意图，该方法只能对光强度进行成像，例如：典型的光学相机。通常，数字成像器件由于其相应速度远低于光波的频率，因此其只能测量时间平均信号，即强度。基于强度的光学成像系统，包括照相相机，甚至人眼，只能用来满足宏观世界的日常生活。图1-3光强度成像示意图
山东师范大学博士学位论文3图1-2微分干涉差显微镜的光路原理图[5]尽管相衬显微术及其衍生技术（如微分干涉差显微技术）能够将又薄又透明的生物样品的相位转化成强度进行观察，但是传统的相位成像技术中强度与相位之间的分布呈非线性关系，致使其只能用于定性分析，不能用于定量测量物体折射率的相位分布信息。1.3定量相位显微成像技术的研究对于一束单色光波，其光场可以表示为：Ex,yAx,yexpix,y(1.1)上式（1.1）中，Ax,y为光波的振幅，x,y为光波的相位。当光波通过观测的生物细胞或者组织为薄且透明时，光波的波长和振幅并不会有明显的改变，因此在使用传统的显微镜对其进行观察时，无法对物体实现清晰的成像和观察。下图1-3为测量传统光强度的示意图，该方法只能对光强度进行成像，例如：典型的光学相机。通常，数字成像器件由于其相应速度远低于光波的频率，因此其只能测量时间平均信号，即强度。基于强度的光学成像系统，包括照相相机，甚至人眼，只能用来满足宏观世界的日常生活。图1-3光强度成像示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]均匀球面波数字同轴全息生物显微方法[J]. 田鹏,严伟,李凡星,杨帆,吴云飞,何渝. 光电工程. 2019(01)
[2]基于数字全息显微的海洋浮游生物三维形貌快速重建方法研究[J]. 王添,于佳,郭卜瑜,刘惠萍,王姣姣,王金城. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(02)
[3]LED同轴数字全息显微浮游生物原位探测系统[J]. 许文彬,郭卜瑜,侯蕊. 光学技术. 2018(04)
[4]非相干同轴数字全息显微成像研究[J]. 刘亚飞,石侠,朱五凤,杜艳丽,弓巧侠,郭茂田,梁二军,马凤英. 光电子·激光. 2016(12)
[5]全息显微技术助力水质保护[J]. 郑秀亮,陈惠陆. 环境. 2016(11)
[6]Twin-image problem in digital holography—a survey（Invited Paper）[J]. Elena Stoykova,Hoonjong Kang,Jiyung Park. Chinese Optics Letters. 2014(06)
[7]水下微生物的三维数字全息探测[J]. 刘惠萍,于佳,王添,杨宇,王金城. 激光与光电子学进展. 2014(02)
[8]老鼠大脑海马区神经元活细胞的数字全息相衬成像实验研究[J]. 欧阳丽婷,王大勇,赵洁,王云新,何其华. 中国激光. 2013(09)
[9]同态滤波法抑制离轴数字全息零级项[J]. 杨勇,薛东旭,盖琦,吴永丽,马忠洪. 光学精密工程. 2012(09)
[10]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)
硕士论文
[1]共路离轴偏振数字全息及其应用[D]. 韩璐.山东师范大学 2018
本文编号：3345768
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
相称显微镜的工作原理示意图
山东师范大学博士学位论文3图1-2微分干涉差显微镜的光路原理图[5]尽管相衬显微术及其衍生技术（如微分干涉差显微技术）能够将又薄又透明的生物样品的相位转化成强度进行观察，但是传统的相位成像技术中强度与相位之间的分布呈非线性关系，致使其只能用于定性分析，不能用于定量测量物体折射率的相位分布信息。1.3定量相位显微成像技术的研究对于一束单色光波，其光场可以表示为：Ex,yAx,yexpix,y(1.1)上式（1.1）中，Ax,y为光波的振幅，x,y为光波的相位。当光波通过观测的生物细胞或者组织为薄且透明时，光波的波长和振幅并不会有明显的改变，因此在使用传统的显微镜对其进行观察时，无法对物体实现清晰的成像和观察。下图1-3为测量传统光强度的示意图，该方法只能对光强度进行成像，例如：典型的光学相机。通常，数字成像器件由于其相应速度远低于光波的频率，因此其只能测量时间平均信号，即强度。基于强度的光学成像系统，包括照相相机，甚至人眼，只能用来满足宏观世界的日常生活。图1-3光强度成像示意图
山东师范大学博士学位论文3图1-2微分干涉差显微镜的光路原理图[5]尽管相衬显微术及其衍生技术（如微分干涉差显微技术）能够将又薄又透明的生物样品的相位转化成强度进行观察，但是传统的相位成像技术中强度与相位之间的分布呈非线性关系，致使其只能用于定性分析，不能用于定量测量物体折射率的相位分布信息。1.3定量相位显微成像技术的研究对于一束单色光波，其光场可以表示为：Ex,yAx,yexpix,y(1.1)上式（1.1）中，Ax,y为光波的振幅，x,y为光波的相位。当光波通过观测的生物细胞或者组织为薄且透明时，光波的波长和振幅并不会有明显的改变，因此在使用传统的显微镜对其进行观察时，无法对物体实现清晰的成像和观察。下图1-3为测量传统光强度的示意图，该方法只能对光强度进行成像，例如：典型的光学相机。通常，数字成像器件由于其相应速度远低于光波的频率，因此其只能测量时间平均信号，即强度。基于强度的光学成像系统，包括照相相机，甚至人眼，只能用来满足宏观世界的日常生活。图1-3光强度成像示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]均匀球面波数字同轴全息生物显微方法[J]. 田鹏,严伟,李凡星,杨帆,吴云飞,何渝. 光电工程. 2019(01)
[2]基于数字全息显微的海洋浮游生物三维形貌快速重建方法研究[J]. 王添,于佳,郭卜瑜,刘惠萍,王姣姣,王金城. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(02)
[3]LED同轴数字全息显微浮游生物原位探测系统[J]. 许文彬,郭卜瑜,侯蕊. 光学技术. 2018(04)
[4]非相干同轴数字全息显微成像研究[J]. 刘亚飞,石侠,朱五凤,杜艳丽,弓巧侠,郭茂田,梁二军,马凤英. 光电子·激光. 2016(12)
[5]全息显微技术助力水质保护[J]. 郑秀亮,陈惠陆. 环境. 2016(11)
[6]Twin-image problem in digital holography—a survey（Invited Paper）[J]. Elena Stoykova,Hoonjong Kang,Jiyung Park. Chinese Optics Letters. 2014(06)
[7]水下微生物的三维数字全息探测[J]. 刘惠萍,于佳,王添,杨宇,王金城. 激光与光电子学进展. 2014(02)
[8]老鼠大脑海马区神经元活细胞的数字全息相衬成像实验研究[J]. 欧阳丽婷,王大勇,赵洁,王云新,何其华. 中国激光. 2013(09)
[9]同态滤波法抑制离轴数字全息零级项[J]. 杨勇,薛东旭,盖琦,吴永丽,马忠洪. 光学精密工程. 2012(09)
[10]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)
硕士论文
[1]共路离轴偏振数字全息及其应用[D]. 韩璐.山东师范大学 2018
本文编号：3345768
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