本文關(guān)鍵詞：非相干條件下的弱散射樣品相位恢復(fù)成像技術(shù)研究

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【摘要】：隨著生命科學(xué)的發(fā)展,對(duì)于疾病的檢測(cè)要求日益提升,需要高精度的檢測(cè)工具對(duì)病毒或生物樣品進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)精度往往需要達(dá)到微米甚至納米尺度。光學(xué)檢測(cè)作為一種高精度的測(cè)量手段,在醫(yī)療及生物探測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著無可替代的作用。作為光學(xué)與醫(yī)學(xué)高度結(jié)合的學(xué)科,生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。通常的光學(xué)檢測(cè)記錄裝置只能探測(cè)樣品的振幅信息,如傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡,相位信息無法直接獲得。然而,樣品的相位包含其結(jié)構(gòu)、厚度、三維形貌等重要信息,因此對(duì)相位信息的探測(cè)十分必要。根據(jù)所探測(cè)相位信息是否定量可分為非定量相位探測(cè)技術(shù)以及定量相位探測(cè)技術(shù)。非定量相位探測(cè)技術(shù)主要包括:相襯顯微技術(shù)以及后來改進(jìn)的微分干涉相襯顯微技術(shù)。定量相位探測(cè)技術(shù)主要包含:全息技術(shù)、哈特曼波前傳感技術(shù)、基于強(qiáng)度傳輸方程的相位探測(cè)技術(shù)以及相干衍射成像技術(shù)。相比于其他幾種相位探測(cè)技術(shù),相干衍射成像技術(shù)作為一種無透鏡成像技術(shù)依據(jù)其分辨率高、測(cè)量精確、無相差等優(yōu)勢(shì)在生物體及疾病探測(cè)領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。作為相干衍射成像技術(shù)的拓展,Ptychographic Iterative Engine(PIE)技術(shù)因其成像視場(chǎng)大、收斂速度快等優(yōu)勢(shì)引起了國際社會(huì)的廣泛關(guān)注并得到了廣泛的應(yīng)用。與相干衍射成像相同,PIE技術(shù)要求照明光源為完全相干光源,然而在X射線及短波長成像領(lǐng)域,光源的相干性往往難以達(dá)到完全相干要求,勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致恢復(fù)的樣品信息模糊。為了突破完全相干照明光源的限制,本文從光源的非相干性出發(fā),研究了寬譜光源對(duì)PIE成像技術(shù)的影響,將光源的光譜信息納入重建迭代過程中,提出polyPIE算法,有效解決了寬譜光源照明條件下重建像模糊問題。文中進(jìn)一步探討了寬譜光源照明條件下的照明光重建問題,提出E-polyPIE算法,有效重建了照明光源的信息,為其進(jìn)一步應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。對(duì)于瑞士光源、上海光源這樣的大型同步輻射裝置,其裝置抖動(dòng)在所難免。因此如何在非相干照明條件下重建清晰的再現(xiàn)像成為當(dāng)下急需解決的問題。本文從衍射斑結(jié)構(gòu)出發(fā),分析了非相干照明條件下的衍射斑分布情況,得出非相干光源照明條件下衍射斑中間零級(jí)光場(chǎng)依然可以看作是完全相干光場(chǎng)疊加而成的重要結(jié)論,從模擬和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)理論進(jìn)行驗(yàn)證,相對(duì)于傳統(tǒng)PIE算法重建結(jié)果,只利用中間零級(jí)光場(chǎng)迭代恢復(fù)重建像能較好的反應(yīng)樣品的細(xì)節(jié)信息,重建像不再模糊。從模擬和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于X射線或者電子束等短波長照明光源,其成像樣品往往可以看做是弱散射樣品,若用此類光源作為照明光源,利用中間零級(jí)光場(chǎng)迭代重建雖然能一定程度上提高再現(xiàn)像的清晰度,然而由于只利用中間零級(jí)光場(chǎng)恢復(fù),重建像的對(duì)比度削弱,其細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)觀測(cè)較為困難。為了進(jìn)一步提高再現(xiàn)像的對(duì)比度,本文提出了一種利用零級(jí)光場(chǎng)強(qiáng)度高次方進(jìn)行迭代恢復(fù)的方法,很好的提高了再現(xiàn)像的對(duì)比度。文章從數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)所提出理論進(jìn)行證明,充分證明了該方法的可行性。至此,本文從光源的時(shí)間及空間非相干性兩方面對(duì)PIE技術(shù)進(jìn)行探討,系統(tǒng)地研究了非相干光源條件下的PIE成像技術(shù)的影響,并分別提出解決方法,從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)所提方法進(jìn)行驗(yàn)證,均很好地再現(xiàn)了樣品的細(xì)節(jié)信息。從而擺脫了PIE技術(shù)對(duì)完全相干光源的依賴,極大拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O436.1

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本文編號(hào)：1293601