大部分生物細胞都是無色透明體,傳統(tǒng)光學顯微鏡無法對細胞進行原態(tài)清晰成像。相位顯微技術以細胞的物理和光學特性為出發(fā)點,可實現(xiàn)無接觸、無損傷檢測,是研究生物細胞形態(tài)和動力學特征的有力手段。相位顯微技術在其他光學測量和成像中也發(fā)揮著越來越重要的作用。相位成像的質量和效率直接影響對待測物的觀測結果,而這些往往取決于成像方法和相位恢復方法。通常在單波長相位顯微成像中,首先得到的非連續(xù)相位,需要進行復雜的相位解包裹運算才能獲得真實相位,該過程一般比較耗時,且難以適用于復雜結構體,這對最后的成像效果將產(chǎn)生較大影響。因此針對免解包的相位成像方法的研究具有重大意義。本文圍繞免解包快速相位成像方法及其實驗進行了研究,其主要內容如下:（1）針對典型的免解包雙波長成像技術中需要多幀圖像數(shù)據(jù)和實驗操作相對復雜的問題,為了提高成像效率,提出了兩種免解包雙波長三步相移成像方法:離軸干涉下微分法和任意模式下的徑向希爾伯特變換求解相位的方法。兩種方法只需要三幅雙波長干涉圖就可以實現(xiàn)相位恢復,且都得到了仿真驗證。同時建立了雙波長實驗光路,對希爾伯特法進行了實驗研究與驗證。結果表明了兩種方法的可行性。（2）為進一步提高雙波... 

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

相移示意圖[2]

江蘇大學碩士學位論文3量的相位分布對研究細胞的形態(tài)結構、健康狀態(tài)以及動力學特征都是十分重要的。相位成像技術經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，已經(jīng)產(chǎn)生了諸多的定量相位顯微技術和相應的相位反演恢復方法。依據(jù)分析原理的不同，定量相位顯微技術可以分為強度分析法和相位調制法兩大類。強度分析法，指的是根據(jù)采集到的透過相位體的光強分布，直接計算其相位分布的方法。典型的技術有基于GS（Gerchberg-Saxton）迭代算法下的單光束傳輸相位成像[15-17]和基于直接求解光強傳輸方程（TransportofIntensityEquation，TIE）的三離散焦面得相位成像系統(tǒng)[18,19]。相位調制法指的是在光干涉成像系統(tǒng)借助相應的元器件引入調制技術，將相位信息轉換為對比度高的干涉光強度信息，然后選取合適的運算方法將相位信息從干涉圖樣定量解耦出來。相位調制技術都是基于光干涉原理，因而這類技術也常稱為干涉相位顯微技術。該技術相比強度分析法技術無需考慮一些附加邊界條件和避免了復雜的運算，具有更高的靈敏度和檢測效率，因而更為廣為運用。發(fā)展到至今，干涉相位顯微技術已經(jīng)被應用到各式各樣的干涉成像系統(tǒng)[20-24]，在生物醫(yī)學成像等方面的成果也是十分豐富。例如瑞士的Cuche等人[25]于2005年以馬赫曾德爾（Mach-Zehnder，MZ）干涉光路為基礎的定量干涉顯微系統(tǒng)，光路圖如圖1.2所示。首次應用了利用數(shù)字相位顯微技術定量測量了培養(yǎng)液中的活細胞。又如德國的Kemper等人將相位調制技術應用于邁克爾遜（Michelson）干涉儀中，對活胰腺腫瘤細胞進行了定量成像[26]，該成像裝置簡單，可實現(xiàn)長時間的動態(tài)成像。圖1.2離軸數(shù)字全息光路圖[25]Fig.1.2Experimentalsetupofoff-axisdigitalholography[25]

免解包快速相位成像方法及其實驗研究6圖1.3雙波長數(shù)字全息光路[63]Fig.1.3Two-wavelengthsdigitalholographicmicroscopysetup[63]為了有效地提高雙波長相移干涉成像的效率，研究學者們提出了一些更加快速的同步雙波長相移干涉技術，兩不同波長的激光器是同時進入成像系統(tǒng)中，每次同時對兩波長的相移進行控制。從使用相移值的不同，它主要可以分為兩大類：一類是基于特殊相移下的成像方法，另一類是基于廣義相移（盲相移）下的成像方法。下面分別來做介紹。第一類是使用特殊相移實現(xiàn)雙波長相位成像的方法，對相移器精度、實驗人員的操作和環(huán)境的穩(wěn)定性都提出了較高的要求，但是在相位恢復過程中使用的運算往往比較簡單，容易分離出單波長下的信息。代表性的技術有雙波長五步相移干涉技術和四步相移干涉技術。例如Zuo等人提出了一種利用雙頻三極脈寬調制條紋投影的動態(tài)場景高速三維形狀測量技術。該方法只需五幅相移條紋圖像即可獲得相位信息，憑借高速采集干涉圖，實現(xiàn)了物體動態(tài)測量[65]。華南師范大學呂曉旭課題組和本課題組也都建立了雙波長五步相移成像系統(tǒng)，這兩成像系統(tǒng)都利用到波相關系來實現(xiàn)特殊相移，在相位恢復過程中利用簡單代數(shù)運算就可分離出單波長下的干涉信息，進而得到合成波長下的相位分布[66]。為減少使用相移的次數(shù)提高測量效率，研究學者們又提出了雙波長四步相移成像技術[67]。在該技術中，只需要四幅干涉圖，在相位恢復中主要利用相移運算和簡單的減法運算就可實現(xiàn)。但不同干涉圖的獲取與實驗中加入的相移與理論值之間仍有一定的時間間隔。上述列舉瞬時雙波長相位成像方法效率都較高，但需要依賴于特殊的相移來分離單個波長的干涉信息。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]圖像經(jīng)典邊緣檢測算子的研究與比較[J]. 陳浩.  電腦編程技巧與維護. 2019(12)
[2]數(shù)字全息技術在生物醫(yī)學成像和分析中的應用[J]. 王云新,王大勇,楊怡姝,趙潔,歐陽麗婷,肖向茜,戎路.  中國激光. 2014(02)
[3]雙波長數(shù)字全息相位解包裹方法研究[J]. 王羽佳,江竹青,高志瑞,蔡文苑,伍江濤.  光學學報. 2012(10)

博士論文
[1]廣義相移數(shù)字全息干涉術相移提取及波前再現(xiàn)算法的理論及實驗研究[D]. 徐先鋒.山東大學 2008

碩士論文
[1]基于光全息下的相位成像系統(tǒng)設計優(yōu)化及相位恢復方法應用研究[D]. 韓豪.江蘇大學 2017



本文編號：3282161