本文關(guān)鍵詞：基于多波前剪切干涉與光學層析技術(shù)三維折射率場重構(gòu)研究

  更多相關(guān)文章： 光學檢測 剪切干涉 光學層析 高速流場 顯微成像 三維折射率分布

【摘要】：隨著科學技術(shù)的不斷進步,信息的獲取形式也在由傳統(tǒng)的平面信息轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw信息。在生命科學領(lǐng)域,傳統(tǒng)的光學成像顯微鏡正逐步被能夠提供生物細胞或組織三維結(jié)構(gòu)信息的共聚焦顯微鏡、結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡以及層析相位顯微鏡所取代。對于熒光單標記或多標記的細胞及組織樣本,共聚焦顯微鏡與結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡均可以獲得較為理想的檢測結(jié)果,其中結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡還可以通過合成孔徑的方式實現(xiàn)超分辨的三維層析成像。但為了克服標記樣本的局限性,對于非標記的透明生物體而言,只有采用光學干涉層析技術(shù)的層析相位顯微鏡可以在重構(gòu)生物體折射率分布的基礎(chǔ)上獲得其三維結(jié)構(gòu)信息。同樣在空氣動力學領(lǐng)域,高超音速飛行器設(shè)計是近年來航空航天領(lǐng)域的熱點與難點,其困難不僅僅在于氣動布局的設(shè)計與仿真,同時也包括了飛行器模型周圍流場分布的氣動光學檢測,傳統(tǒng)的紋影儀與干涉儀僅能實現(xiàn)單個方向的光線偏折或波前畸變檢測,如需獲得流場中折射率分布及密度分布的精確信息還要借助光學干涉層析技術(shù)來實現(xiàn)。目前的光學干涉層析技術(shù)多采用常用的Mach-Zehnder型或Twyman-Green型干涉體系,在抗環(huán)境干擾能力、檢測動態(tài)范圍以及機構(gòu)的儀器化小型化方面還需要進一步提高。本文利用多波前剪切干涉技術(shù)動態(tài)范圍高抗干擾能力強的特點,在光學層析三維折射率場重構(gòu)數(shù)學模型的基礎(chǔ)上,研究了針對高速流場分布檢測的大口徑雙波前偏折型徑向剪切干涉三維折射率場重構(gòu)系統(tǒng),以及針對生物細胞三維結(jié)構(gòu)檢測的四波前橫向剪切干涉三維折射率場重構(gòu)系統(tǒng),實現(xiàn)了空氣流場與生物細胞的光學干涉層析檢測。該研究對于實現(xiàn)光學干涉層析技術(shù)的通用化與小型化具有重要的意義。主要研究內(nèi)容包括：論述了光學層析技術(shù)的背景與其在氣動光學和生物醫(yī)學等領(lǐng)域的重要意義,綜合比較了光學投影層析法、光線偏折層析法以及光學干涉層析法的優(yōu)劣,提出了基于多波前剪切干涉與光學層析方法的三維折射率分布重構(gòu)技術(shù)。介紹了作為光學層析三維折射率分布重構(gòu)技術(shù)基礎(chǔ)的Radon變換及重要性質(zhì)傅里葉切片定理,研究了Radon變換的逆變換即濾波反投影算法與代數(shù)重構(gòu)算法的原理、算法實現(xiàn)以及仿真比較。通過變化待重構(gòu)網(wǎng)格數(shù)、投影角度數(shù)以及投影光線條數(shù)對不同重構(gòu)條件下的濾波反投影算法和代數(shù)重構(gòu)算法的性能做了詳細的評估。針對高超音速流場中的三維折射率分布檢測,提出了大口徑雙波前偏折型徑向剪切干涉三維折射率重構(gòu)技術(shù),設(shè)計了可用于模型遮擋情況下風洞檢測的共路抗干擾的偏折型環(huán)形徑向剪切干涉儀,在此基礎(chǔ)上研究了偏折型徑向剪切干涉圖的波前解調(diào)算法并加以仿真驗證�？紤]到風洞窗口限制以及模型遮擋導致的有限角度中心遮擋問題,提出了相應的雙調(diào)和樣條插值代數(shù)重構(gòu)算法。針對生物細胞等微小樣品的檢測,提出了四波前橫向剪切干涉三維折射率分布重構(gòu)技術(shù)。在交叉光柵橫向剪切干涉儀、改進哈特曼模板橫向剪切干涉儀等四波前橫向剪切干涉儀的基礎(chǔ)上,提出了新穎的基于隨機編碼混合光柵的四波前橫向剪切干涉儀。研究了不同條件下解調(diào)四波前橫向剪切干涉圖的位相重建算法�？紤]到采用振鏡擺動實現(xiàn)投影角度變化會導致部分角度的投影數(shù)據(jù)無法獲得,研究了可以通過引入其他先驗信息改善重構(gòu)結(jié)果的迭代約束濾波反投影算法,實現(xiàn)了缺失投影角度情況下投影數(shù)據(jù)的精確重建。分別建立大口徑雙波前偏折型徑向剪切干涉三維折射率場重構(gòu)與四波前橫向剪切干涉三維折射率場重構(gòu)原理性實驗,驗證了偏折型環(huán)形徑向剪切干涉儀、交叉光柵橫向剪切干涉波前檢測系統(tǒng)以及隨機編碼混合光柵四波前橫向剪切干涉波前檢測系統(tǒng)的檢測精度,與光學層析技術(shù)相結(jié)合,分別實現(xiàn)了模型遮擋下熱氣流的三維折射率分布重構(gòu)與紅細胞的三維折射率分布重構(gòu),獲得了預期的實驗結(jié)果。總結(jié)了本文所開展的相關(guān)工作,并對下一步研究方向進行了展望。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O439

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊治國,李樹勇,王長有;含時滯和擴散的n維互助型Lotka-Volterra系統(tǒng)波前解的存在性[J];四川師范大學學報(自然科學版);2004年01期

2 楊培根;非相干自適應光學系統(tǒng)[J];光學技術(shù);1981年05期

3 姜文漢;動態(tài)波前誤差的自適應光學實時校正[J];光學學報;1988年05期

4 韓肇元,尹協(xié)振;波前為運動氣流的激波-激波擾動關(guān)系式[J];中國科學(A輯 數(shù)學 物理學 天文學 技術(shù)科學);1992年07期

5 居勇，尹雷雷，易明，楊選民;調(diào)制半導體激光顯示超聲行波波前[J];聲學學報;1996年04期

6 許曉軍,陸啟生,劉澤金,舒柏宏;橫向剪切干涉的波前重構(gòu)新方法[J];強激光與粒子束;2001年03期

7 劉深泉;激發(fā)介質(zhì)波前曲面和組織中心的結(jié)構(gòu)[J];應用數(shù)學和力學;2004年08期

8 張家如,張凱,周克恩,萬敏;由重構(gòu)矩陣存儲精度引起的波前重構(gòu)誤差的研究[J];強激光與粒子束;1998年02期

9 陳欣揚;朱能鴻;;基于四棱錐傳感器的波前檢測仿真設(shè)計[J];天文學進展;2006年04期

10 李蕊;劉永基;王肇圻;;基于個體眼光學結(jié)構(gòu)的波前眼鏡設(shè)計[J];中國光學;2012年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 張家如;;自適應光學波前校正優(yōu)化方法[A];中國工程物理研究院科技年報（2002）[C];2002年

2 李敏;李新陽;;對一種新型相位反演波前測量方法的實驗研究[A];第十一屆全國光學測試學術(shù)討論會論文（摘要集）[C];2006年

3 吳晶;向汝建;杜應磊;;基于Fourier變換的波前重構(gòu)方法的實現(xiàn)和研究[A];第十屆全國光電技術(shù)學術(shù)交流會論文集[C];2012年

4 韓復興;孫建國;孫章慶;;波前構(gòu)建法研究現(xiàn)狀[A];中國地球物理·2009[C];2009年

5 張秉隆;李博;蘇云;邱民樸;;波前編碼技術(shù)降低LWIR成像系統(tǒng)的溫度敏感度研究[A];第二十三屆全國空間探測學術(shù)交流會論文摘要集[C];2010年

6 王欣;趙達尊;;相位變更法大動態(tài)范圍波前傳感實驗研究[A];第九屆全國光電技術(shù)學術(shù)交流會論文集（下冊）[C];2010年

7 潘榮海;李海祥;劉太祥;祁艷芳;;波前引導LASIK術(shù)治療高度近視的臨床分析[A];2007年貴州省醫(yī)學會眼科學分會第五屆第三次學術(shù)年會論文匯編[C];2007年

8 張立軍;張繁友;靳蕾;;Zyoptix波前引導的LASIK治療薄角膜高度近視眼的臨床療效分析[A];中華醫(yī)學會第十二屆全國眼科學術(shù)大會論文匯編[C];2007年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 牛薈玲;雙穩(wěn)型反應擴散方程的高維波前解[D];蘭州大學;2015年

2 凌f，

本文編號：1277261