预放大数字全息系统的成像分辨率分析

基于菲涅耳衍射理论,详细推导了预放大数字全息系统的点扩散函数表达式,并由此分析了该成像系统的分辨率.通过分别对整个系统、显微物镜以及CCD的点扩散函数幅值的计算机模拟,讨论了显微物镜与CCD分辨率之间的匹配问题.指明了现有文献中一些含糊说法.结果表明:恰当选择记录参量,使MO的成像分辨率接近于其极限分辨率,同时还要使CCD在满足抽样条件与再现像分离条件的情况下,再现像分辨率等于或略高于MO的分辨率.

数字全息显微测量中相位畸变的矫正方法

针对微尺寸(1 mm)透射型物体的数字全息显微测量中存在的相位畸变问题,提出一种相位矫正方法,通过改进预放大离轴菲涅耳数字全息记录光路以及全息图的卷积再现算法,消除了相位分布的一次畸变和二次畸变。使用该方法测量USAF1951分辨率板,成功矫正了其再现像的相位畸变,并得到了横向尺寸0.25 mm区域的清晰相位分布三维重建图。该方法的优点在于通过对记录光路和再现算法的改进,矫正相位畸变,直接得到正确的再现像相位,简化了相位补偿计算的步骤,很大程度地降低了相位重建过程的复杂程度,有利于对物体进行实时探测和快速重建。

彩色数字全息常见波面重建算法的实现与比较

为了研究彩色数字全息检测应用中波面重建方法对重建场质量与计算速度的影响,及不同波长记录的重建场的准确融合,采用理论分析及实验验证的方法,给出了不同色光物光重建场准确重叠的方法及彩色数字全息波面实时再现的详细过程,并分析比较了几种波面重建算法的特点及计算速率。结果表明,使用球面波为重建光的可变放大率波面重建算法能适应各种大小的物体,且可获得较高分辨率的像,并占用较少的计算时间,能较好适用于彩色数字全息检测应用。

基于全息图放大的数字全息显微结构测量

针对典型预放大数字显微全息光路中存在的二次位相误差,设计了基于全息图放大的数字全息显微光路。首先用光束照射透明显微物体,然后与平行参考光干涉,形成全息图,最后经显微镜获得放大的全息图。这种光路从系统上直接消除了主要由球面波引起的位相畸变,有利于处理的数字化及实时化。以位相光栅(30 lp/mm,槽深约0.3μm)作为实验样本,对此光路进行了分析研究,并分别用菲涅耳近似法和卷积法再现单幅全息图,同时获取了物体的强度信息和三维位相信息,位相深度为0.27μm。实验结果表明,本文设计的光路对二次位相产生的离焦误差有明显的抑制作用。

预放大离轴菲涅耳数字全息显微技术

预放大离轴全息方法引入了高数值孔径显微物镜,放大了物体的精细结构,使得全息图的信息量更容易与CCD的抽样能力相匹配,与同轴全息显微技术相比,只需拍摄一张全息图,操作简单,具有良好的应用价值。依据全息理论和菲涅耳衍射理论,推导出预放大离轴菲涅耳全息显微系统中CCD记录面的二维光波信息。设计了采用平面光波作为参考光的透射式数字全息显微系统,并对系统分辨率进行了分析。利用该系统对新鲜的洋葱细胞样本和百合的茎细胞样本进行了实验研究,得到了其高分辨率的再现像。

预放大数字全息显微系统的特性分析

为了提高预放大数字全息显微系统的成像质量,采用理论分析与实验验证相结合的方法,分别对采用平面及球面参考光记录的预放大数字全息显微系统进行了研究和比较。结果表明:在通常的实验条件下,系统的横向分辨力主要取决于显微物镜的成像分辨力;记录距离较小时,两种系统的横向分辨力均随着记录距离的增大略有降低;但当记录距离较大时,球面参考光预放大数字全息系统的横向分辨力降低得更为明显,即平面参考光预放大数字全息显微系统较为优越;在记录距离为0的情况下,即像面数字全息成像情况下,两种系统的再现像均具有最高的分辨力,在利用普通工业用传感器条件下,横向分辨力远超过了2.19μm,且像质较好。因此,尽可能减小全息图的记录距离,或者采用像面数字全息系统,可以有效提高数字全息系统的成像分辨力。

球面参考光预放大数字全息成像系统分辨力

为了提高数字全息成像系统的成像分辨力,对以球面波作为参考光波的预放大数字全息成像系统的记录和再现过程进行了理论推导,得出了该系统的脉冲响应表达式,并由此分析了决定该系统成像分辨力的因素。在CCD成像分辨力高于显微物镜分辨力的情况下,通过对分辨力测试板进行实验,讨论了系统分辨力与记录距离的关系。结果表明:再现像的分辨力对记录距离不敏感;但在记录距离为零,即像面数字全息系统下,再现像具有更高的分辨力。实验结果与理论分析一致。

像前与像后预放大与数字全息显微成像比较

随着数字全息显微技术在医学影像信息处理领域的广泛应用,本文对其影像信息系统进行了研究。基于菲涅耳衍射公式和线性系统理论,对像前及像后预放大数字全息显微成像过程进行了理论分析,推导了系统的点扩散函数,分析了系统成像的横向分辨率,并对这两种系统的成像性能进行了比较,最后利用分辨率测试板进行了实验验证。

扩大数字全息视场的方法研究

目的扩大数字全息的视场,提高数字全息的实用性。方法提出并从理论上研究了扩大数字全息视场的两种方法——预成像法和图像拼接法,分析了两种方法各自的优点和局限性,提出将预成像法与图像拼接法相结合扩大数字全息的视场。结果将该方法应用于物体三维形貌的测量,获得了人嘴石膏模型的三维形貌。结论将预成像法和图像拼接法相结合能够有效地扩大数字全息的视场。

数字全息显微系统的成像分辨率分析

根据成像理论和全息系统的点扩散函数,研究了数字全息显微系统的成像分辨率,给出了无预放大和有预放大情况下成像分辨率的表达式,指出了只有当CCD的成像分辨率等于或高于显微物镜(MO)的成像分辨率时,预放大数字全息系统的成像分辨率才取决于显微物镜的数值孔径(NA);反之,系统的成像分辨率则取决于CCD的数值孔径。采用无透镜傅里叶变换全息记录光路,对美国空军分辨率测试板进行了实验研究,结果表明再现像在水平和垂直方向的极限分辨率分别为3.91μm和4.38μm,与理论分析相吻合。对条纹物体进行了全息图的模拟记录和再现,结果与理论分析相一致。

等曲率物光和参考光预放大数字全息显微术中的相位畸变补偿

为了快速、准确地再现球面参考光预放大数字全息图的三维信息,采用理论推导和实验验证相结合的方式,对等曲率物光和参考光预放大数字全息显微系统的相位畸变补偿问题进行了研究。推导了该系统的点扩展函数,进而获得了物体再现光场的复振幅及相位畸变表达式,利用估测的相位掩模对再现光场相位畸变预补偿后进行相位解包裹,结合自动相位补偿方法获得待测样品较为准确的相位分布。对人体血红细胞进行了实验研究,结果表明,利用相位掩模对再现光场进行预补偿,一方面可以避免相位解包裹的错误,另一方面还可以有效消除再现光场的二次相位畸变,以实现利用单次自动相位补偿方法获得光场正确的相位分布。

优化的数字全息显微成像系统

基于预放大数字全息显微系统的全息图记录与再现过程及其点扩散函数的分析,从成像分辨率、成像质量及实现的难易程度等方面对数字全息显微中六种常见记录光路系统的成像性能进行了对比研究.结果表明,像面数字全息术具有最高的成像分辨率及成像质量,其成像分辨率与记录器件的光敏面尺寸无关,该系统对信息的记录是完整的,而且记录过程不必考虑物体被照亮区域的大小,再现过程非常简单,是优化的数字全息显微成像系统.等波面弯曲的物参光像面数字全息术非常有利于位相解包裹及位相畸变补偿的正确进行,该系统更适合于位相显微.实验结果验证了理论分析的正确性.

分布式孔径综合成像系统旋转和放大率误差的校正

针对基于数字全息术的分布式孔径综合成像系统,分析子孔径间探测器旋转和光瞳放大率误差对孔径综合成像的影响,提出基于子孔径目标图像配准的误差校正方法。首先采用尺度不变特征变换算法、欧氏距离最邻近法和M估计抽样一致算法进行子孔径目标图像配准,由此计算出子孔径间探测器旋转和光瞳放大率误差。其次对子孔径上的目标光复振幅进行处理,实现旋转和放大率误差的校正。实验结果表明,由子孔径目标图像配准计算出的旋转角度和放大率的相对误差小于0.01,校正后综合孔径成像锐度显著提高。