基于LED的無透鏡數(shù)字全息顯微成像方法研究.pdf

1、數(shù)字全息技術(shù)利用光電傳感器記錄下物光與參考光的干涉圖樣，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行重建之后，不僅能得到樣品的振幅信息，還能獲取相位信息，具有普通光學(xué)成像無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)在相位顯微、干涉計(jì)量、粒子檢測、細(xì)胞觀測等諸多領(lǐng)域都有應(yīng)用并取得了一定的成果，但同時(shí)，數(shù)字全息的復(fù)雜的光路設(shè)計(jì)以及采用強(qiáng)相干性的激光作為照明光源等要求也造成了數(shù)字全息的應(yīng)用產(chǎn)品化困難。對該方法的改進(jìn)研究也一直得到了國內(nèi)外眾多研究人員的關(guān)注，例如基于弱相干光源—LED的無透鏡數(shù)字

2、全息方法，不僅簡化了系統(tǒng)光路，還在結(jié)構(gòu)、體積和系統(tǒng)功耗等各方面都有顯著的優(yōu)勢，但該方法在理論應(yīng)用模型、具體算法實(shí)現(xiàn)等方面仍然需要很多的完善。
　　本文通過對數(shù)字全息兩步成像法過程中所涉及到的各個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)闡述，建立了基于弱相干光源的無透鏡數(shù)字全息顯微成像方法的理論應(yīng)用模型。其中，在記錄方面，討論了弱相干光源的相干性、記錄光路對再現(xiàn)像的影響、干擾像出現(xiàn)的原因等；在再現(xiàn)方面，推導(dǎo)了衍射的不同算法、相位解包裹的算法以及消除干擾像的優(yōu)化算

3、法等。接著，論文在MATLAB平臺上對該模型進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了理論的正確性，并探究了記錄距離、再現(xiàn)距離、參考光角度、干擾噪聲等具體參數(shù)的影響。
　　在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面，論文搭建了基于弱相干光源的無透鏡數(shù)字全息顯微成像系統(tǒng)平臺，在硬件方面，選用了3D打印機(jī)作為機(jī)械框架，加入了LED、工業(yè)相機(jī)、微孔裝置、下位機(jī)等部件，并制作了暗箱；在軟件方面，則是基于MFC開發(fā)了配套的應(yīng)用程序，包含了圖像采集、圖像處理以及全息重建等模塊。通過在該平臺

4、上的成像實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，探究并解釋了LED的相干性、光源距離、記錄距離等因素對系統(tǒng)成像的影響，并給出了較優(yōu)的成像參數(shù)。
　　在初步應(yīng)用研究中，基于系統(tǒng)平臺，記錄了乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-453的數(shù)字全息圖，重建了樣品的振幅信息和相位信息，定性比較了其與光學(xué)顯微成像的差異。定量分析了樣品的相位信息，根據(jù)相位與厚度的轉(zhuǎn)換模型，粗略估算了樣品的厚度。用數(shù)字圖像處理的方法消除了再現(xiàn)像中的干擾像及噪聲，提高了信噪比，得到了具有一定應(yīng)用價(jià)值的振幅圖