基于LED阵列照明的定量相位显微成像原理技术研究

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1、分类号密级注1UDC学位论文基于LED阵列照明的定量相位显微成像原理技术研究（题名和副题名）熊兴（作者姓名）指导教师刘子骥副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称光学工程提交论文日期2018.4论文答辩日期2018.5学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchOnQuantitativeDifferentialPhaseContrastImagingInAnLEDArrayMicroscopeAMasterTh

2、esisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:MasterofEngineeringAuthor:XingXiongSupervisor:ZijiLiuSchool:SchoolofOptoelectronicScienceandEngineeringｍｔ＂ｆ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作。及取得的研宄成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人己经发表或撰写过

3、的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。麵我－－同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：口期：年９月；日＾论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。＝本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、．汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此

4、规定）：作者签名：导师签名口期：年９月３日摘要摘要随着目前生命科学技术研究的不断深入，对生物细胞形态结构与行为功能的研究显得十分迫切。但是生物细胞往往都是透明的相位型样本，意味着光线通过生物细胞后振幅与波长几乎不发生变化，这导致传统基于强度的光学成像技术难以完成生物细胞的清晰成像。相位成像作为一种获取样本相位信息的成像手段，不依赖于强度信息，是研究活体生物细胞最常用的成像手段。但是早期相位成像技术只能获取样本定性的相位信息，无法呈现样本定量的相位分布。所以多种定量相位显微成像的方法相继被提出，诸如数字全息显微术、G-S算法、光强传

5、输方程（TIE）等，然而这些方法均不同程度的存在着成像条件苛刻，数学计算模型复杂等缺陷，未能得到广泛的应用。针对以上问题，本文提出一种基于LED阵列照明的显微镜成像平台，利用一个可编码控制的LED照明阵列代替普通显微镜的照明源。不需要任何机械操作即可方便地提供任意角度和任意图样的照明。利用该显微镜平台提供非对称照明并采集相应图像，结合非对称照明下系统相位传递函数完成定量相位信息的重构。此外，结合本文显微镜平台部分相干的成像特点，结合非对称照明相衬成像模型，建立了系统相位传递函数频响特性公式，并推导出定量相位与非对称照明成像图像的数学关系，进而

6、完成定量相位信息的重构。为优化最终定量相位成像结果，本文针对不同LED照明图样下进行仿真分析与成像实验，对比不同照明图样下定量相位成像结果。发现非对称照明不同角度对称轴划分可获取不同方向上的相位细节，而基于多对称轴的定量相位成像能更好地重构相位细节，另外增大系统相干参数σ，能有效提高成像结果的分辨率,但当系统相干参数增加到一定程度后（σ=1）分辨率提升就不再明显，最后照明图样由圆形更改为圆环形照明有助于增大成像对比度。实验证明，本文所述基于LED阵列照明的定量相位显微成像方法，能够较为精确地还原样本定量相位分布。且光学系统构建简单，无需复杂的

7、光学元件与机械硬件支持。相位重构模型简单，计算效率高，保证了实时性。此外，本文所述成像系统可灵活提供任意照明图样能进一步实现多种其他成像模式。关键词：LED阵列，显微成像技术，非对称照明，定量相位还原IABSTRACTABSTRACTWiththedeepeningofthelifescienceresearch,itisseriouslyurgenttomakeafullresearchofthebiologicalcellsincludingtheirmorphologicalstructureandbehavioralfunction.

8、However,thebiologicalcellsarealwaysimagetransparentspecieswiththeweakabsorptionoft