【摘要】：隨著目前生命科學(xué)技術(shù)研究的不斷深入,對生物細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)與行為功能的研究顯得十分迫切。但是生物細胞往往都是透明的相位型樣本,意味著光線通過生物細胞后振幅與波長幾乎不發(fā)生變化,這導(dǎo)致傳統(tǒng)基于強度的光學(xué)成像技術(shù)難以完成生物細胞的清晰成像。相位成像作為一種獲取樣本相位信息的成像手段,不依賴于強度信息,是研究活體生物細胞最常用的成像手段。但是早期相位成像技術(shù)只能獲取樣本定性的相位信息,無法呈現(xiàn)樣本定量的相位分布。所以多種定量相位顯微成像的方法相繼被提出,諸如數(shù)字全息顯微術(shù)、G-S算法、光強傳輸方程(TIE)等,然而這些方法均不同程度的存在著成像條件苛刻,數(shù)學(xué)計算模型復(fù)雜等缺陷,未能得到廣泛的應(yīng)用。針對以上問題,本文提出一種基于LED陣列照明的顯微鏡成像平臺,利用一個可編碼控制的LED照明陣列代替普通顯微鏡的照明源。不需要任何機械操作即可方便地提供任意角度和任意圖樣的照明。利用該顯微鏡平臺提供非對稱照明并采集相應(yīng)圖像,結(jié)合非對稱照明下系統(tǒng)相位傳遞函數(shù)完成定量相位信息的重構(gòu)。此外,結(jié)合本文顯微鏡平臺部分相干的成像特點,結(jié)合非對稱照明相襯成像模型,建立了系統(tǒng)相位傳遞函數(shù)頻響特性公式,并推導(dǎo)出定量相位與非對稱照明成像圖像的數(shù)學(xué)關(guān)系,進而完成定量相位信息的重構(gòu)。為優(yōu)化最終定量相位成像結(jié)果,本文針對不同LED照明圖樣下進行仿真分析與成像實驗,對比不同照明圖樣下定量相位成像結(jié)果。發(fā)現(xiàn)非對稱照明不同角度對稱軸劃分可獲取不同方向上的相位細節(jié),而基于多對稱軸的定量相位成像能更好地重構(gòu)相位細節(jié),另外增大系統(tǒng)相干參數(shù)σ,能有效提高成像結(jié)果的分辨率,但當系統(tǒng)相干參數(shù)增加到一定程度后(σ=1)分辨率提升就不再明顯,最后照明圖樣由圓形更改為圓環(huán)形照明有助于增大成像對比度。實驗證明,本文所述基于LED陣列照明的定量相位顯微成像方法,能夠較為精確地還原樣本定量相位分布。且光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建簡單,無需復(fù)雜的光學(xué)元件與機械硬件支持。相位重構(gòu)模型簡單,計算效率高,保證了實時性。此外,本文所述成像系統(tǒng)可靈活提供任意照明圖樣能進一步實現(xiàn)多種其他成像模式。
【圖文】：

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文成為定量相位測量的新標桿。數(shù)字全息術(shù)最早應(yīng)用于顯 Onural 和 Scott 等人完成，他們利用改進的數(shù)字全息重應(yīng)用于微粒測量領(lǐng)域[11]。1999 年，，瑞士科學(xué)家 Cuche微成像領(lǐng)域的重大突破，他們首次采用預(yù)放大菲涅耳全息圖的條件下，通過手動調(diào)節(jié)重建參量的方式，成功圖像，其中橫向分辨率達到微米量級，軸向分辨率達全息術(shù)對微小物體形貌測量的強大能力[12]；2013 年，全息顯微術(shù)”（2π-DHM），該方法可以通過復(fù)雜的去卷下完成細胞結(jié)構(gòu)的三維重構(gòu)，最終成像結(jié)果分辨率超越像結(jié)果如圖 1-3 所示。

0和 0分別為時諧電場和時諧磁場的振幅， 0為初始相位。由表達式可知理想的時諧均勻平面光波是在時間上的無限延續(xù)、在空間上無限延伸的光波動。其在時間上與空間上均具有周期性，時間周期性用周期 、圓頻率 表示： =2 （2-7）空間周期性由波長 、空間圓頻率 表征：=2 （2-8）空間周期性與時間周期性關(guān)系可由周期聯(lián)系： =2 = （2-9）如圖 2-1 所示光波即以一定周期的振幅強度反復(fù)振動前進，那么相位對于光波而言即某特定時刻在它周期循環(huán)中的位置，一種是否在波峰、波谷或波峰波谷間的某點標度。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O439

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本文編號：2620329