[發明專利]一種獲取立體顯微圖像的方法

有效

• 申請號: 201310285309.5
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103323938A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 王華英;廖薇;于夢杰;高亞飛;劉飛飛
• 申請（專利權）人: 河北工程大學
• 主分類號: G02B21/18
• 分類號: G02B21/18;G02B21/36;G03H1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本中請設計一種數字顯微鏡成像方法，屬于光學顯微成像領域。

背景技術

傳統的顯微鏡，主要是通過透鏡組獲得，這樣獲得的顯微圖像也只是成像物體的強度圖像。隨著半導體技術和激光技術的不斷發展，現階段出現了一種數字全息術，其能夠在獲得成像物體的強度圖像的同時，獲得成像物體的位相圖像，或者說其能夠獲得成像物體的三維圖像。

數字全息術利用光電轉換器件(CCD或CMOS)代替傳統的全息干板記錄干涉條紋，然后送入計算機并通過數值計算重構物體的強度及位相分布。與傳統的光學全息相比，數字全息具有許多突出的優點，這些優點使數字全息術得到了廣泛關注，已成為一個研究熱點。近年來，隨著記錄飛秒級超快瞬態過程的脈沖數字全息技術的出現，數字全息術更展現出在科學研究及光學無損檢測中的活力。

傳統的全息術是將成像物體的全息圖記錄在全息干板上，然后用記錄全息圖中的參考光或其共軛光照射全息干板，即對全息圖進行再現，從而獲得物體的三維圖像；而數字全息術中，用CCD取代全息干板，用CCD采集成像物體的全息圖，將全息圖輸入計算機中，在計算機中利用算法模擬實際的全息圖再現過程，從而在計算機中重建物體的三維圖像。全息圖的再現像相對于普通的數碼相機獲取的圖像，全息圖的再現像除了具有強度圖像外，還有位相圖像，即物體的三維形貌圖像，因此數字全息術中最關鍵的是物體位相信息的重建。

數字全息位相重建的常規方法是：通過對全息圖作傅里葉變換得到其頻譜(如圖1所示，(a)為原理圖，(b)為實驗結果)，然后進行頻譜濾波將不需要的0級及-1級頻譜濾除，之后對濾波后的頻譜再作逆傅里葉變換，最后通過衍射計算獲得再現像的波前信息。這種方法存在如下問題：(1)由于在重建過程中需要用人工的方法確定+1級衍射譜的范圍，極大地降低了位相重建的速度，從而限制了數字全息術對動態變化過程進行實時監測的應用需求。(2)在濾波過程中往往會造成0級譜的濾除不徹底及+1級譜濾出不完整，從而造成噪聲干擾及再現像高頻信息的丟失，這一方面造成了再現像信噪比的降低，引起位相測量誤差，另一方面也降低了再現像的分辨率；(3)離散重建會帶來周期性，這個周期等于全息圖的在空間的范圍，在此范圍內，0級、±1級同時存在，且0級項的范圍是+1級或-1級像的2倍，并且共軛像是多余的，它不比原始像多帶任何信息。這樣，有效的面積占到了全息圖很小的份額。因此通過壓抑不想要的像的面積而增加有用面積是人們非常期望的；(4)最后一步的衍射計算過程中，由于記錄距離等記錄參量不能準確獲得以及數值再現算法本身的原因，都會引入較大的位相重建誤差，并物光場中部分高頻信息丟失。

發明內容

本發明提供一種數字全息顯微中的實時高精度位相重建方法，以克服上述位相重建中存在的問題。無論記錄光路及被記錄的樣品情況如何，再現時選擇的濾波區域必須是固定的。考慮到全息圖頻譜中三個衍射級相對于坐標原點是對稱分布的，因此，若選擇+1級譜所在的一個完整象限(即再現像視場的四分之一)作為濾波區域(如圖2所示)，則可以免除由于濾波區域不固定而帶來的重建非實時性問題。這樣選擇濾波區域，同時還可以解決+1級譜區域不夠大而帶來的有效高頻成分丟失問題。但與此同時也帶來了0級譜的高度干擾，因此，這種情況下必須利用非常規重建方法將0級干擾消除?？紤]到同態濾波技術可以將乘法運算轉換為加法運算，將此思想用于全息圖重建，則可以將物光波及其復共軛完全分開，從而徹底消除0級衍射的干擾，高精度、實時性地重建物光波場。

本發明包括以下技術方案：

開啟激光器，產生的激光經第一半波片，偏振分束棱鏡后，分為物光波和參考光波；通過第一反光鏡和第二反光鏡反射使得物光波和參考光波垂直相交，在相交處放入合束鏡，使得物光波和參考光波經合束鏡后重合為一束光；在第一反光鏡后依次放入第一擴束準直器、透明物體和第一顯微鏡，調節第一擴束準直器，使得物光波經第一擴束準直器后成為第一平行光，利用第一平行光光射透明物體；使得透明物體通過第一顯微物鏡成像，將CCD置于所述合束鏡后一定距離；在第二反光鏡之前放入第二擴束準直器，在第二反光鏡之后放入第二顯微鏡，調節第二擴束準直器，使得參考光波經第二擴束準直器后成為第二平行光，利用第二反光鏡將第二平行光導入第二顯微物鏡；旋轉合束鏡，使得物光波傾斜入射合束鏡；其中第一顯微鏡和第二顯微鏡到合束鏡的距離相等；通過CCD采集物光波和參考光波在CCD靶面上形成的全息圖，將所述全息圖傳輸到計算機；其中CCD靶面所在平面的物光波和參考光波復振幅分別為O(x，y)、R(x，y)，而上述全息圖的復振幅為H(x，y)。

所述獲取三維顯微圖像的方法的特征在于：包括以下步驟：