[發明專利]基于光強傳輸方程的相襯與微分干涉相襯的顯微成像方法

有效

• 申請號: 201811396945.4
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109581645B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 左超;盧林芃;陳錢;孫佳嵩;范瑤;李加基
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G02B21/36
• 分類號: G02B21/36;G06F17/11;G06T11/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

1.一種基于光強傳輸方程的相襯與微分干涉相襯的顯微成像方法，其特征在于步驟如下：

步驟一，沿光軸采集三幅強度圖像，即沿光軸采集三幅強度圖像，分別是正向離焦圖I_z-P、聚焦圖I₀、反向離焦圖I_z-N，利用數值差分估計求得光強I的一階軸向微分

其中dz為正向離焦圖I_z-P與反向離焦圖I_z-N在z軸方向的間距；

步驟二，根據光強傳輸方程求解定量相位圖像，即利用步驟一求得的一階軸向微分代入光強傳輸方程求得定量相位圖像φ；

步驟三，求解微分干涉相襯成像模態下的光強圖，即利用步驟二求得的定量相位圖像，基于微分干涉相襯成像理論求得微分干涉相襯成像模態下的光強圖DIC(x,y)；

步驟四，求解相襯成像模態下的相位傳遞函數，求解相襯成像模態下的光強圖，即利用步驟二求得的定量相位圖像，基于相襯成像理論求得由環形相襯法得到的光強圖I_PC-A(u)與變跡相襯法得到的光強圖I_PC-B(u)。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟二中：利用步驟一求得的一階軸向微分求解光強傳輸方程TIE：

獲得定量相位圖像φ

其中k為波數，可表示為k＝2π/λ，λ為波長，式中是梯度算子，·表示點積，為逆拉普拉斯運算符。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟三的實現過程如下：

(1)首先一束光通過沃拉斯頓棱鏡后分成兩束帶有Δx，Δy剪切量的相互相干的光場；

(2)其中任意一路再產生π/2的相移，另一路不變；

(3)最后兩束光干涉疊加形成光強干涉圖，即最終得到的微分干涉相襯圖像；

(4)在實際情況下，不僅僅限于整數剪切量，也可實現小數剪切量，則此時的求解在頻域進行：

DIC(x,y)＝|U(x,y)+U_Δ(x,y)|²

上述方法為基于傅里葉域的亞像素平移，其中為U(x,y)的傅里葉變換，(u_x,u_y)為對應空域坐標(x,y)的傅里葉域坐標，其中剪切量Δx,Δy的數值可調，當Δx,Δy剪切量為整數時可直接于空域求解，當Δx,Δy剪切量為小數時需轉換到頻域進行求解；同時，剪切量Δx,Δy的大小決定了物體在微分干涉相襯圖像中的凸凹感；而剪切量Δx,Δy的正負決定了物體在微分干涉相襯圖像中的陰影方向，最終可獲得微分干涉相襯成像模態下的光強圖DIC(x,y)；

所述步驟(3)的實現過程為：首先產生的物體光場為

I₀為步驟一中獲得的聚焦圖，φ(x,y)為步驟二中獲得的φ，則剪切Δx,Δy并移相π/2后的光場U_Δ(x,y)為

Δx為沿x軸方向的剪切量，Δy為沿y軸方向的剪切量，則U(x,y)與U_Δ(x,y)形成的光強圖DIC(x,y)為

其中Δx,Δy為整數N，其大小用于調節剪切量而正負用于調節剪切方向；DIC(x,y)為求得的微分干涉相襯成像光強圖；

對于特殊情況下微分干涉相襯成像的求解方法如下：

①針對均勻光強情況下有I₀＝1，則有

U(x,y)＝exp[iφ(x,y)]

DIC(x,y)＝|exp[iφ(x,y)]+exp{i[φ(x+Δx,y+Δy)+π/2]}|²

②針對不均勻光強時的弱相位物體，即滿足φ(x,y)＜＜1，則有

DIC(x,y)＝I₀{1+[φ(x,y)-φ(x+Δx,y+Δy)]}

③針對均勻光強時的弱相位物體，則有

U(x,y)＝exp[iφ(x,y)]＝1+iφ(x,y)

DIC(x,y)＝1+[φ(x,y)-φ(x+Δx,y+Δy)]

④針對光強緩變的情況下，則有