基于聲學超透鏡的光聲顯微成像亞波分辨率技術研究.pdf

1、實現(xiàn)光聲顯微成像的亞波長超高分辨率是圖像處理領域中超分辨率技術的重要研究目標，也是當前諸多學者關注的熱點。本文的研究工作集中于光聲顯微成像的亞波長超高分辨率關鍵技術，研究內容屬于前沿物理學科—聲學超材料研究技術的相關拓展。
　　一方面，對于光聲顯微成像中生物組織豐富、復雜的微觀結構的檢測對象，當前的光聲成像過程中光聲信號的采集存在很大的局限性，成像分辨率無法突破“衍射極限”。另一方面，聲學超材料構成的透鏡卻能以亞波長分辨率圖像對微

2、小結構進行近場成像，并且國內外已經有一些比較權威的研究成果報告。光聲顯微成像的亞波長分辨率要求與這些研究成果中的成像對象具有很大的相似性。所以，聲學超材料研究技術無疑是一種解決當前光聲顯微圖像分辨率受限的首選方法。為了適合于光聲顯微成像的特殊要求，同時配合光聲信號采集傳感器的尺寸、規(guī)格要求，作者在攻讀博士學位期間開展了以新型聲學超材料透鏡為核心的圖像超分辨率技術研究，并取得了一系列成果。
　　首先，在分析光聲信號傳輸介質折射率影響

3、成像分辨率的基礎上，本文把物理前沿的聲學超材料負折射率概念引入到光聲顯微成像的分辨率研究中。通過在光聲成像領域中使用聲學超材料透鏡，以及利用聲學超材料的負折射率特性，可使包含圖像細節(jié)信息的倏逝波參與成像，這可望改變當前光聲成像過程中的遠場成像方式，達到亞波長分辨率的近場成像效果。該項研究有望發(fā)展一種實現(xiàn)超分辨率成像技術的新途徑。
　　其次，本文利用幾何聲學和波動聲學知識，結合平面波帶隙理論，研究分析了攜帶光聲圖像細節(jié)信息的倏逝波在

4、介質中傳輸性質及其聲場分布規(guī)律，為基于倏逝波傳輸?shù)墓饴暢叻直媛蕡D像處理理論建立提供了借鑒。在分析光聲顯微亞波長成像特點的基礎上，本文將圖像分辨率技術研究深入到成像信號的源頭?？紤]到信號的傳播過程，本文提出了在光聲顯微成像的光聲信號采集中使用超材料透鏡，并設計了一種用于光聲信號采集中的超材料透鏡方案，該方案有望實現(xiàn)在光聲成像中包含圖像細節(jié)的倏逝波無損耗傳輸。本文也提出了一種適合光聲顯微成像的微型聲超透鏡新結構-軸對稱結構，并使用徑向、軸

5、向二維剖面聲場傳輸分析的方法研究了透鏡成像性能，該二維分析方法得到的研究結論與透鏡在三維空間中分析得到的聲學性能結果基本一致。
　　接著，針對光聲顯微信號能量集中在中心軸傳輸?shù)囊螅疚氖褂寐晫W超透鏡設計方法解決了光聲成像中的聲波沿中心軸傳輸問題，并設計了適合于光聲顯微成像的特殊結構“漏斗型”聲學超透鏡。理論分析和實驗模擬表明，本文提出的這種“漏斗型”結構聲學透鏡設計，有著較好的亞波長分辨率光聲顯微成像效果。
　　最后，本文