用于三维单颗粒示踪的多焦面双螺旋点扩散函数显微研究

双螺旋点扩散函数(double-helix point spread function,DH-PSF)显微可实现纳米尺度的三维单颗粒示踪(three-dimensional single particle tracking,3D SPT),被广泛应用于生命科学等领域,但DH-PSF显微的成像景深和定位精度有限,限制了其在活体厚样品中的应用.为了解决此问题,本文提出了一种基于轴向分光棱镜的多焦面DH-PSF显微(z-splitter prism-based multifocus DH-PSF microscopy,ZPMDM)方法和系统,通过将基于轴向分光棱镜的多焦面显微与DH-PSF相结合,在无需扫描的情况下提高DH-PSF显微的轴向定位范围和定位精度,解决完整活细胞内3D SPT的大景深探测难题.通过系统标定,ZPMDM中3个通道的平均三维定位精度分别为σ_(L(x,y,z))=(4.4 nm,4.6 nm,10.5 nm),σ_(M(x,y,z))=(4.3 nm,4.2 nm,8.2 nm),以及σ_(R(x,y,z))=(4.8 nm,4.4 nm,10.3 nm),DH-PSF的有效景深扩展至6μm,实现了大景深范围内的甘油-水混合溶液中的荧光微球示踪,并初步研究了活巨噬细胞的吞噬现象,进一步验证了该方法的有效性,对于3D SPT的发展和应用具有重要意义.

基于三次样条的多焦面曲线拟合

在变形雅可比(p=4,q=3)-傅里叶矩的基础上采用三次样条拟合特征空间轨迹,保证了插值函数光滑性,并且通过限定每个三次多项式的一阶和二阶导数,使其在断点处相等,成功地逼近每对断点间的曲线,从而能够更好地对曲线进行拟合,并验证包含图像信息量最大的矩值。

基于GHM多小波变换的非织造布多焦面图像融合

针对光学显微镜在单一焦平面下拍摄的织物图像部分区域纤维会模糊的问题,提出基于GHM多小波变换的非织造布多焦面图像融合算法。利用自行搭建的非织造布显微成像系统采集不同焦平面下的织物图像序列,对初始图像序列进行临界采样预滤波处理,使用2种融合方法逐一处理图像的高低频,初始织物融合图像经多小波融合及逆变换后获得,之后按上述方法将初始融合图像与后续单焦面图像融合,叠加循环至融合后所有纤维区域均能清晰显示为止结束收敛。实验结果表明,该融合方法能将不同焦平面下拍摄的图像序列进行数字化图像融合,达到单幅图像内全视野区域的纤维网清晰聚焦融合的效果,为之后的计算机图像处理及测量提供便利。

一种快速简单多焦面显微图像融合方法

开发了一个用于多焦面显微图像融合的插件,该插件能支持任意大小的图像处理,由输入的多幅不同聚焦面的局部清晰显微图像,融合得到完整清晰的图像。重点研究了基于小波变换的多焦面显微图像融合的算法,通过Matlab仿真确定较优算法,采用C++语言编写插件,实现图像融合的功能。该融合插件操作简便,融合效果好,用软件的方法扩大了显微物镜的焦深。

基于视觉跟踪的多焦面识别在镜检中的应用研究

为了解决白带镜检下的玻片样本中白细胞,滴虫,上皮细胞等不同有形成分具有流动性且处于多个焦面以至难以获取到感兴趣焦面的问题,提出了一种基于视觉跟踪的自动对焦清晰度判定算法。算法分为粗粒度和细粒度两个对焦过程,粗粒度对焦主要用于将焦面固定于真正需要的焦面附近,细粒度对焦从粗粒度对焦结束位置附近开始,逐渐往回移动镜头,并同时进行病理判断依据物体包括白细胞,念珠菌等的提取并对其进行清晰度识别判定,最终得出病理判断依据物体所在的最清晰的焦面,通过实验室1 556份自动对焦过程的实际测试,算法可以有效提升自动对焦成功率,实现了自动化对焦,节省了实验室人力成本。

基于纤维图像的横截面轮廓提取和识别技术

为了提高检验效率和准确性,尝试研究和开发纤维横截面智能化软件,实现纤维多焦面融合、纤维边缘轮廓自动提取、纤维特征识别。试验得出:采用区域划分的方法可更好的实现多焦面纤维图像融合为单焦面图像,利用光斑扩散模型的多点扩散法,可实现各种纤维形态的探测,建立人工神经网络可成功识别纤维种类。

多焦平面三维投影光学系统设计

为了解决传统立体显示器成像不满足人眼正常成像规律的问题,同时考虑到穿戴设备兼具质量小、体积小的特点,在计算分析光学系统参数的基础上,结合数字微镜元件(DMD)和压电可变形反射镜(PDM),利用Zemax软件设计出了具有多焦平面投影功能的光学系统。该光学系统由7片透镜组成,总长为200mm,视场角为40°,采用双远心光路结构。对光学系统的整体分析结果表明,改变PDM的曲率半径,可实现多焦平面的成像。人眼根据自身的调节作用,在特定位置处可观察到由各个焦面位置处(屈光度范围为0~3m^(-1))的二维图像重叠所带来的整体三维效果。最后对系统的成像质量进行分析,结果表明该系统在极限分辨率为37lp/mm时,各视场处的调制传递函数(MTF)均高于0.4,性能良好,满足设计要求。

基于空间位置关系的纤维形态研究

提出一种基于多焦面图像处理的交叉纤维特征参数提取算法,可通过显微镜不同焦距下呈现出的清晰度差异进行交叉纤维和分叉纤维的区分.对不同聚焦下每幅图像的每一个像素点计算清晰度值,找出极大值所在的图层号作为其z方向坐标值,并记录清晰度极大值和对应的图层号.根据清晰度极大值结果进行纤维清晰度的增强处理,同时修正对应的图层号,用种子生长法对图层号进行关联区域填充.该算法能有效地区分交叉纤维和分叉纤维,为后续的纤维分离提供三维特征参数.

纳米光刻技术

1 前言纳米技术(nanoscalc tcchnology)是一门在0.1-100nm,尺度空间内,研究电子、原子、分子运动规律和特性的崭新高技术学科.它的最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子,制造具有特定功能的产品.其中纳米制造学是纳米技术的关键基础,它贯穿整个纳米科学.随着信息高速公路和全球通信技术的高度发展,超高频纳米器件的出现。

基于卷积神经网络的非织造材料三维点云重建

针对传统的从聚焦点获取深度重建非织造材料三维点云模型带来的背景噪声问题,提出了一种用于检测图像中聚焦点的卷积神经网络IPDNet。试验对比分析表明,该网络能够较好地剔除图像背景的噪声点,在重建非织造材料三维点云模型中具有良好的效果。