大部分生物細(xì)胞都是無色透明體,傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡無法對(duì)細(xì)胞進(jìn)行原態(tài)清晰成像。相位顯微技術(shù)以細(xì)胞的物理和光學(xué)特性為出發(fā)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)無接觸、無損傷檢測(cè),是研究生物細(xì)胞形態(tài)和動(dòng)力學(xué)特征的有力手段。相位顯微技術(shù)在其他光學(xué)測(cè)量和成像中也發(fā)揮著越來越重要的作用。相位成像的質(zhì)量和效率直接影響對(duì)待測(cè)物的觀測(cè)結(jié)果,而這些往往取決于成像方法和相位恢復(fù)方法。通常在單波長(zhǎng)相位顯微成像中,首先得到的非連續(xù)相位,需要進(jìn)行復(fù)雜的相位解包裹運(yùn)算才能獲得真實(shí)相位,該過程一般比較耗時(shí),且難以適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)體,這對(duì)最后的成像效果將產(chǎn)生較大影響。因此針對(duì)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究,其主要內(nèi)容如下:（1）針對(duì)典型的免解包雙波長(zhǎng)成像技術(shù)中需要多幀圖像數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)操作相對(duì)復(fù)雜的問題,為了提高成像效率,提出了兩種免解包雙波長(zhǎng)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(zhǎng)干涉圖就可以實(shí)現(xiàn)相位恢復(fù),且都得到了仿真驗(yàn)證。同時(shí)建立了雙波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)光路,對(duì)希爾伯特法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究與驗(yàn)證。結(jié)果表明了兩種方法的可行性。（2）為進(jìn)一步提高雙波... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

相移示意圖[2]

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文3量的相位分布對(duì)研究細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)、健康狀態(tài)以及動(dòng)力學(xué)特征都是十分重要的。相位成像技術(shù)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(shù)和相應(yīng)的相位反演恢復(fù)方法。依據(jù)分析原理的不同，定量相位顯微技術(shù)可以分為強(qiáng)度分析法和相位調(diào)制法兩大類。強(qiáng)度分析法，指的是根據(jù)采集到的透過相位體的光強(qiáng)分布，直接計(jì)算其相位分布的方法。典型的技術(shù)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(qiáng)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(diào)制法指的是在光干涉成像系統(tǒng)借助相應(yīng)的元器件引入調(diào)制技術(shù)，將相位信息轉(zhuǎn)換為對(duì)比度高的干涉光強(qiáng)度信息，然后選取合適的運(yùn)算方法將相位信息從干涉圖樣定量解耦出來。相位調(diào)制技術(shù)都是基于光干涉原理，因而這類技術(shù)也常稱為干涉相位顯微技術(shù)。該技術(shù)相比強(qiáng)度分析法技術(shù)無需考慮一些附加邊界條件和避免了復(fù)雜的運(yùn)算，具有更高的靈敏度和檢測(cè)效率，因而更為廣為運(yùn)用。發(fā)展到至今，干涉相位顯微技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到各式各樣的干涉成像系統(tǒng)[20-24]，在生物醫(yī)學(xué)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(chǔ)的定量干涉顯微系統(tǒng)，光路圖如圖1.2所示。首次應(yīng)用了利用數(shù)字相位顯微技術(shù)定量測(cè)量了培養(yǎng)液中的活細(xì)胞。又如德國(guó)的Kemper等人將相位調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于邁克爾遜（Michelson）干涉儀中，對(duì)活胰腺腫瘤細(xì)胞進(jìn)行了定量成像[26]，該成像裝置簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)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(shí)驗(yàn)研究6圖1.3雙波長(zhǎng)數(shù)字全息光路[63]Fig.1.3Two-wavelengthsdigitalholographicmicroscopysetup[63]為了有效地提高雙波長(zhǎng)相移干涉成像的效率，研究學(xué)者們提出了一些更加快速的同步雙波長(zhǎng)相移干涉技術(shù)，兩不同波長(zhǎng)的激光器是同時(shí)進(jìn)入成像系統(tǒng)中，每次同時(shí)對(duì)兩波長(zhǎng)的相移進(jìn)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(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)相位成像的方法，對(duì)相移器精度、實(shí)驗(yàn)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(fù)過程中使用的運(yùn)算往往比較簡(jiǎn)單，容易分離出單波長(zhǎng)下的信息。代表性的技術(shù)有雙波長(zhǎng)五步相移干涉技術(shù)和四步相移干涉技術(shù)。例如Zuo等人提出了一種利用雙頻三極脈寬調(diào)制條紋投影的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景高速三維形狀測(cè)量技術(shù)。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(shí)現(xiàn)了物體動(dòng)態(tài)測(cè)量[65]。華南師范大學(xué)呂曉旭課題組和本課題組也都建立了雙波長(zhǎng)五步相移成像系統(tǒng)，這兩成像系統(tǒng)都利用到波相關(guān)系來實(shí)現(xiàn)特殊相移，在相位恢復(fù)過程中利用簡(jiǎn)單代數(shù)運(yùn)算就可分離出單波長(zhǎng)下的干涉信息，進(jìn)而得到合成波長(zhǎng)下的相位分布[66]。為減少使用相移的次數(shù)提高測(cè)量效率，研究學(xué)者們又提出了雙波長(zhǎng)四步相移成像技術(shù)[67]。在該技術(shù)中，只需要四幅干涉圖，在相位恢復(fù)中主要利用相移運(yùn)算和簡(jiǎn)單的減法運(yùn)算就可實(shí)現(xiàn)。但不同干涉圖的獲取與實(shí)驗(yàn)中加入的相移與理論值之間仍有一定的時(shí)間間隔。上述列舉瞬時(shí)雙波長(zhǎng)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(gè)波長(zhǎng)的干涉信息。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]圖像經(jīng)典邊緣檢測(cè)算子的研究與比較[J]. 陳浩.  電腦編程技巧與維護(hù). 2019(12)
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[3]雙波長(zhǎng)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(xué)學(xué)報(bào). 2012(10)

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

碩士論文
[1]基于光全息下的相位成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化及相位恢復(fù)方法應(yīng)用研究[D]. 韓豪.江蘇大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3282161