基于微透镜阵列的光场显微镜实验研究

为了解决传统光学显微镜景深小的局限性,结合光场成像技术,搭建了基于微透镜阵列的光场显微镜试验平台.实验获取了绿光照明下碎玻璃片的光场显微镜照片,利用光场成像技术数字重聚焦得到了清晰成像与不同距离的图像序列.通过几何光学的成像原理以及物理光学相关理论,分析了传统显微镜和光场显微镜的空间分辨率和景深.结果表明,光场显微镜的景深较传统显微镜大幅度增加了38倍,而空间分辨率减小了8/9.实验得到的光场图像序列同样表明光场显微镜能够大幅度增加景深.

光场显微镜及其在三维生物成像中的应用

光场显微是一种具有大视场、快速三维成像能力的计算光学显微技术,在生物动态观测中具有极大的应用前景。本文使用基本光学元件设计搭建了光场显微镜,可供光学工程、生物医学工程等专业的学生拆装练习,从而加深对光场显微原理和系统结构的认识。通过对荧光微球以及斑马鱼血管的三维成像,展示了光场显微系统的性能。

光场显微镜实现裸眼三维实时显示

提出了一种将光场显微镜与裸眼三维显示技术相结合的方法,实现了利用光场显微镜对微观样品进行三维裸眼实时观察的技术。该技术将光场显微镜得到的子图像阵列直接投影在微透镜阵列的焦平面上,在空间一定区域内双眼可分别观看到两幅不同视角图像,使观察者产生立体视觉。该系统具有结构简单,无需相干光源,无需佩戴特殊眼镜,可多人同时观看等优点,应用前景广泛。

光场成像技术进展

归纳总结了光场成像从理论到实现的发展历程,根据光场数据获取方式对目前典型的光场成像设备进行了分类.在光场相机原理的基础上,重点阐述了基于光场的计算成像原理、数字重聚焦技术、合成孔径成像技术和显微成像技术,并对光场成像技术的应用前景和存在的关键问题进行了讨论.

基于图正则化的高分辨率光场显微成像研究

针对光场显微成像中空间分辨率较低的问题,提出了一种基于图正则化的方法,并进行了光场超分辨率重建,得到了光场的高分辨率视图。首先,通过非周期性提取的方法,获得了光场的视角图;然后,将光场的超分辨率问题,转化为一个全局优化问题,利用光场视图之间的互补信息,进行正则化平滑处理;最后,用最速下降迭代算法,对目标函数最小化求解,重构出高分辨率视图。实验中,采用显微物镜、微透镜阵列以及CCD相机,搭建光场显微镜采集数据,使用图正则化的方法进行光场高分辨率重建;相较于传统方法,所提方法视差估计计算量较小,成像质量较高,并有效保留了原始光场结构。

趋流行为下斑马鱼幼鱼的全脑成像

目的趋流,意即在水中调整身体方向并逆流而上的能力,是一种在大多数鱼类与两栖类动物中存在的保守行为。虽然关于趋流的研究已有一段很长的历史,并且近年来斑马鱼幼鱼趋流行为的理论机制也被提出,但是分布式的神经环路是如何整合多感知信息、做出决策、并实现行为控制仍然是个未知数。对自由运动的斑马鱼进行全脑神经活动成像为理解这一困难的问题提供了特殊的机会。方法本文开发了一种微流控装置精确控制环境水流并激发斑马鱼的趋流行为。将该微流控芯片与扩增视野光场显微镜以及追踪系统整合,从而记录自由行为下斑马鱼全脑的神经活动。结果在整合的微流控装置中稳定观察到了斑马鱼在水流中保持自身位置不变、逆流而上等刻板的趋流行为现象。与此同时,实现了对斑马鱼幼鱼趋流行为过程中的全脑钙活动记录。本文初步发现了几个脑区的神经活动与趋流行为相关。结论本研究第一次展示了在斑马鱼幼鱼趋流行为的同时记录全脑神经活动的技术。接下来对神经活动和行为数据的分析与建模将有助于更好地理解一种重要自然行为背后的感觉运动转换机制。