數(shù)字全息顯微鏡（DHM）具有無需熒光標(biāo)記、視野深度寬、高通量、適合不規(guī)則和各類材質(zhì)物體等特點(diǎn),能夠?qū)Χ鄠�微尺度樣品實(shí)現(xiàn)實(shí)時的三維觀測,非常適合觀測微小顆粒、微生物及細(xì)胞的三維動態(tài)行為。然而,不同的微觀應(yīng)用場景下,諸如納米顆粒、細(xì)菌及細(xì)胞等樣品的三維運(yùn)動具有不同的特點(diǎn),因而對DHM的三維定位尤其是光軸方向定位的工作距離和定位精度有著不同的要求。針對同軸型DHM,目前對微尺度物體的軸向定位主要基于三維光場的數(shù)值重建,觀測范圍（深度）一般在幾十到上百微米之間,軸向定位精度則普遍在微米尺度左右甚至以上。為了提升軸向定位的精度和速度,使DHM能更準(zhǔn)確、快速地觀測微粒、微生物和細(xì)胞等待測對象的三維運(yùn)動,我們在DHM中分別引入了基于數(shù)值重建的高斯軸向擬合算法以及基于圖像特征（光強(qiáng)和干涉環(huán)尺寸）的軸向定位算法,并討論了不同的記錄條件和對象（微粒和細(xì)菌）下影響算法軸向定位精度的主要因素。同時,我們基于這些討論,將DHM及其定位算法進(jìn)一步用在大腸桿菌的軸向定位和人體精子三維運(yùn)動的觀測中。這些工作為基于DHM的三維定位精度優(yōu)化提供了參考數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo),并進(jìn)一步拓展了該技術(shù)的應(yīng)用。本論文的主要內(nèi)容如下:（1）... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：134 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 數(shù)字全息顯微鏡(DHM)
    1.1 引言
    1.2 DHM的基本理論
        1.2.1 發(fā)展歷程
        1.2.2 儀器構(gòu)造
        1.2.3 背景扣減
        1.2.4 數(shù)值重建
        1.2.5 三維定位
        1.2.6 定位精度
        1.2.7 三維輪廓的重建
        1.2.8 DHM的最小分辨尺寸及時間分辨率
    1.3 DHM的應(yīng)用
        1.3.1 分析微生物的環(huán)境響應(yīng)行為
        1.3.2 分析微生物與表面的相互作用
        1.3.3 分析細(xì)胞的形態(tài)變化和運(yùn)動規(guī)律
        1.3.4 分析顆粒的三維運(yùn)動及流場
    1.4 論文的主要內(nèi)容
第二章 基于數(shù)值重建的軸向定位及優(yōu)化算法
    2.1 引言
    2.2 儀器與實(shí)驗(yàn)方法
        2.2.1 儀器和樣品
        2.2.2 顯微制樣
        2.2.3 全息圖和背景圖的記錄
        2.2.4 三維定位和軸向定位精度
    2.3 基于高斯函數(shù)擬合的軸向定位
    2.4 結(jié)果和討論
        2.4.1 記錄條件的優(yōu)化對系統(tǒng)軸向定位精度的提升
        2.4.2 高斯擬合軸向光學(xué)分布對軸向定位的優(yōu)化
        2.4.3 同軸DHM對不同樣品軸向定位的最優(yōu)精度
    2.5 本章小結(jié)
第三章 基于全息圖干涉環(huán)光強(qiáng)的軸向定位算法
    3.1 引言
    3.2 基于圖像光強(qiáng)的軸向定位算法
        3.2.1 全息圖和背景圖的記錄
        3.2.2 三維定位
        3.2.3 軸向定位精度的表征
    3.3 結(jié)果和討論
        3.3.1 工作曲線的標(biāo)定
        3.3.2 光源波長和入射光強(qiáng)度對算法軸向定位精度的影響
    3.4 本章小結(jié)
第四章 基于圖像尺寸的軸向定位算法
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 基于圖像尺寸的軸向定位
        4.2.2 軸向定位精度
    4.3 結(jié)果和討論
        4.3.1 PLPs圖像特征尺寸的選取和提取
        4.3.2 提取全息圖中大腸桿菌的一階干涉暗環(huán)直徑
        4.3.3 工作曲線的標(biāo)定
        4.3.4 圖像尺寸定位算法對PLPs和細(xì)菌的軸向定位精度
    4.4 本章小結(jié)
第五章 DHM在人體精子三維動態(tài)行為觀測中的應(yīng)用
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 表面的制備和表征
        5.2.2 人體精子樣品的顯微制樣
        5.2.3 利用DHM觀測人體精子的三維動態(tài)行為
        5.2.4 人體精子運(yùn)動參數(shù)測定
        5.2.5 統(tǒng)計(jì)分析
    5.3 結(jié)果和討論
        5.3.1 表面表征
        5.3.2 三維運(yùn)動軌跡
        5.3.3 三維運(yùn)動取向分布
        5.3.4 三維運(yùn)動速度分布
        5.3.5 密度分布
        5.3.6 三維運(yùn)動模式
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]3D真的來了嗎？——三維結(jié)構(gòu)光傳感器漫談[J]. 左超,張曉磊,胡巖,尹維,沈德同,鐘錦鑫,鄭晶,陳錢.  紅外與激光工程. 2020(03)



本文編號：3170539