無透鏡顯微成像技術(shù)是近十年發(fā)展起來的新興顯微技術(shù),因其省去透鏡僅使用圖像傳感器,具有體積小、系統(tǒng)可集成性強的突出特點,為便攜式細胞顯微和檢測儀器的開發(fā)提供了較好方案,具有廣闊的應(yīng)用前景。但是,無透鏡顯微成像技術(shù)也存在衍射、低分辨率等問題,采集的圖像難以直接應(yīng)用于細胞檢測。因此,提高系統(tǒng)成像質(zhì)量并對圖像信息進行實時處理是滿足即時檢測需求的便攜式細胞檢測儀亟待解決的問題。圍繞以上關(guān)鍵問題,本文主要開展了以下4個方面的研究:1、為了提升無透鏡顯微的成像質(zhì)量,首先建立光路模型,研究了無透鏡成像系統(tǒng)的成像機理,明確了接觸成像和同軸全息顯微成像的條件。進一步分析了無透鏡同軸全息顯微的成像記錄過程,分析無透鏡同軸全息系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)選擇。提出了一種基于相位初值約束的迭代同軸全息再現(xiàn)算法,使孿生像抑制算法的運算速度和魯棒性有了明顯提升;2、為了提高無透鏡顯微圖像的空間分辨率,研究了無透鏡同軸全息顯微系統(tǒng)中提升活細胞圖像分辨率的方法。利用數(shù)字圖像中的超分辨率重建技術(shù),針對活細胞提出了基于布朗運動的提高圖像空間分辨率方法。最終,通過實驗驗證該方法能夠在不增加系統(tǒng)體積的情況下實現(xiàn)8倍超分辨率,解決了原始圖像... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：125 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

SROFM結(jié)構(gòu)[24]

1緒論2010年開始，美國加州大學(xué)的AydoganOzcan研究團隊對使用全息技術(shù)的無透鏡顯微鏡進行了研究[25-41]。該技術(shù)通過CMOS圖像傳感器記錄通過樣品的相干光線強度，再利用全息再現(xiàn)技術(shù)重建物象波前，得到物面上聚焦的無衍射細胞樣品圖像。該技術(shù)通過移動光源或多光源實現(xiàn)多幀具有亞像素位移全息圖的獲取，利用多幀超分辨率算法(SuperResolution,SR)算法對LR圖像進行重建，得到高分辨率的細胞顯微圖像。這種技術(shù)的主要優(yōu)點在于，在獲得遠大于光學(xué)顯微鏡的感興趣區(qū)域的同時，提供類似高倍顯微鏡的顯微圖像[42]，其裝置原理如圖1-2所示。圖1-2無透鏡同軸全息片上顯微鏡[37]Fig.1-2Lens-lesson-chipin-lineholographymicroscopy2012年至2014年，韓國高麗大學(xué)的SungkyuSeo將無透鏡同軸全息顯微成像系統(tǒng)采集的衍射圖像直接用于細胞檢測分析[43-46]。通過無透鏡同軸顯微系統(tǒng)得到不同大小的細胞全息圖像，取其中心一行或一列灰度值加以分析，中心最大灰度值，中心最大寬度，中心最小寬度以及中心峰值都有所不同，通過這幾個參數(shù)的判斷細胞的大小進而對細胞分類。這種處理的好處在于，不需要得到細胞聚焦的非衍射圖像，直接可以進行相對簡單的特征提取，省去了衍射圖像計算的算法消耗。2014年，英國�？巳卮髮W(xué)的LynseyA.Penwill等人對無透鏡顯微成像系統(tǒng)取得的全息圖像也進行了相似研究研究[47]。2015年，新加坡科技設(shè)計大學(xué)的HuangXiwei將無透鏡系統(tǒng)用于細胞計數(shù)，和Coulter計數(shù)器相結(jié)合，采用差分電阻脈沖感測激活圖像傳感器按需對單細胞進行成像。使用不同大小的微球、紅細胞和腫瘤HepG2系細胞進行實驗，能夠?qū)崿F(xiàn)按需激活，避免無用圖像采集[48]。2015年，重慶大學(xué)的張德燕利用無透鏡同軸全息技術(shù)完成了生物組織的顯微成像[49]。主要應(yīng)用無透鏡同

?⒃儐旨際踔亟ㄑ?菲矯嫻耐枷瘢?玫嚼嗨乒餼檔那邐?勱雇枷瘛?其中，同軸指的是參考光和物光的入射夾角基本為零。根據(jù)全息記錄時參考光和物光的入射角度差異，可以將全息記錄分為同軸和離軸兩種記錄方式。無透鏡顯微成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)注定了無法實現(xiàn)離軸全息記錄，同軸全息成為唯一選擇。在無透鏡同軸全息成像系統(tǒng)中，細胞不需要緊貼圖像傳感器表面，加工難度小，成本低，性價比高，其應(yīng)用前景要比無透鏡接觸式成像系統(tǒng)范圍廣。因此，本文以無透鏡同軸全息顯微成像方案為主進行研究，上述全息光路及再現(xiàn)技術(shù)將在第2章詳細討論。圖1-3展示了細胞在光鏡下和兩種無透鏡顯微成像系統(tǒng)下的成像效果仿真。(a)光鏡下成像效果(b)無透鏡接觸式成像效果(c)無透鏡同軸全息成像效果圖1-3光鏡和兩種無透鏡成像效果對比Fig.1-3Thecontrastoftwolens-lessandlightmicroscope圖1-3展示了不同成像原始圖的效果，利用光鏡下效果仿真了兩種無透鏡系統(tǒng)下的成效效果。為了考察衍射影響，忽略了分辨率的影響。無透鏡顯微成像系統(tǒng)和有透鏡成像系統(tǒng)相比有一定的局限性，無透鏡顯微成像系統(tǒng)只能透射成像，而無法反射成像。因此，無透鏡顯微成像的目標(biāo)必須是半透明微小物體，如物體是不透明的則只能得到物體的形狀投5

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3121998