數(shù)字全息顯微成像像質(zhì)優(yōu)化及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、數(shù)字全息顯微術(shù)是一種基于數(shù)字全息成像原理發(fā)展起來(lái)的新型顯微技術(shù)，是數(shù)字全息術(shù)和顯微技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它能同時(shí)獲得再現(xiàn)光波的振幅和相位分布，因而可以精確地分析物體的三維形貌和相位信息，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種重要的顯微成像技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景和應(yīng)用領(lǐng)域。本文的研究目的是解決數(shù)字全息顯微成像技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題--嵌高再現(xiàn)像的像質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字全息顯微成像的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域的技術(shù)空白。
　　 論文首先討論了數(shù)字全息顯微成像技

2、術(shù)的基本原理，包括基本的光路結(jié)構(gòu)、顯微全息圖的記錄原理、記錄條件、再現(xiàn)原理、實(shí)現(xiàn)相位展開的解包裹算法以及相位補(bǔ)償方法，這些問(wèn)題是數(shù)字全息顯微成像技術(shù)的理論基礎(chǔ)。
　　 在理論研究的基礎(chǔ)上，全面系統(tǒng)地開展了數(shù)字全息顯微成像像質(zhì)改善的新方法研究。為了拍攝高質(zhì)量的顯微全息圖，詳細(xì)地分析了數(shù)字全息顯微系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)再現(xiàn)像質(zhì)的影響，主要分析了在數(shù)值孔徑足夠大的理想成像情況下，系統(tǒng)放大倍率和記錄距離對(duì)再現(xiàn)像質(zhì)的影響，這對(duì)獲取高質(zhì)量的數(shù)字全息

3、顯微再現(xiàn)像具有重要意義；其次基于對(duì)散斑噪聲形成機(jī)理的研究，提出了通過(guò)選用數(shù)值孔徑足夠大的顯微物鏡并設(shè)計(jì)合適的放大倍率的方法實(shí)現(xiàn)散斑噪聲的徹底消除，解決了數(shù)字全息顯微成像中最難克服的散斑噪聲問(wèn)題；另外還提出了兩種消除零級(jí)項(xiàng)和共軛像的方法，一種是采用匹配濾波器的方法，可以避免其他頻譜影響再現(xiàn)像質(zhì)，另一種是采用復(fù)系數(shù)濾波器的方法，可以直接在空域進(jìn)行濾波操作，減少了計(jì)算工作量。
　　 解決了關(guān)鍵問(wèn)題像質(zhì)問(wèn)題后，開展了數(shù)字全息顯微成像技術(shù)

4、的研究，研制開發(fā)出反射式和透射式數(shù)字全息顯微成像系統(tǒng)。分別設(shè)計(jì)了反射式和透射式系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)并對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化配置，尤其在反射式系統(tǒng)中，提出了一種新型的光路結(jié)構(gòu)，可以避免光學(xué)元件表面反射相干噪聲，并開發(fā)了硬件控制和數(shù)據(jù)處理的軟件系統(tǒng)，完成了反射式和透射式數(shù)字全息顯微成像系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室研制。
　　 利用自行研發(fā)的數(shù)字全息顯微系統(tǒng)，廣泛開展了數(shù)字全息顯微成像的實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究。首先對(duì)反射式和透射式系統(tǒng)測(cè)量的定量性進(jìn)行了驗(yàn)證。然后

5、在反射式系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了光纖連接器端面的定量形貌成像，并得到了光纖連接器端面的球面半徑、纖芯高度、頂點(diǎn)偏心度參數(shù)。在透射式系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了活體生物樣品包括洋蔥表皮細(xì)胞、草履蟲、紅血細(xì)胞的定量相位成像，并實(shí)現(xiàn)了草履蟲的動(dòng)態(tài)相位成像。
　　 在上述研究工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了大視場(chǎng)高分辨率數(shù)字全息顯微成像技術(shù)的研究，初步解決了數(shù)字全息顯微系統(tǒng)的小視場(chǎng)問(wèn)題。提出了基于物體移動(dòng)的子測(cè)量區(qū)域相位像拼接技術(shù)以解決擴(kuò)大測(cè)量視場(chǎng)的問(wèn)題。在全息圖記

6、錄過(guò)程中，采用同軸相移像面全息技術(shù)記錄各個(gè)子區(qū)域，實(shí)現(xiàn)子區(qū)域視場(chǎng)最大化；為了實(shí)現(xiàn)正確拼接，在物體移動(dòng)過(guò)程中，確保相鄰子區(qū)域間具有重疊區(qū)域；拼接過(guò)程中采用相關(guān)算法確定重疊區(qū)域；并利用相減算法，即將兩子區(qū)域相位像中的一幅減去兩者重疊區(qū)域之差的平均值，消除測(cè)量過(guò)程或解包裹過(guò)程中由于起始點(diǎn)不同產(chǎn)生的相位坐標(biāo)相對(duì)不同，利用這兩者算法可以將各子區(qū)域的再現(xiàn)相位像坐標(biāo)統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系下，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大測(cè)量視場(chǎng)。開發(fā)了硬件控制和數(shù)據(jù)處理的軟件系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了