基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法技术

本发明专利技术提供的是一种基于F‑P腔的多波长相位显微成像新方法。其特征是：它包括基于F‑P腔的多波长数字全息图记录、数值重建、解包裹、误差处理、三维相位分布重建和三维折射率转换。本发明专利技术主要提供一种基于F‑P腔的多波长相位显微成像新方法，相比传统的显微成像方法，具有更高的灵敏度。本发明专利技术具有结构简单、灵敏度高、测量精确的优点。本发明专利技术可用于光学透明物体的高分辨率三维显微成像，可广泛应用于微小生物的无损、无标记、非接触式的三维层析成像等。

A new method of multi wavelength phase micro imaging based on F-P cavity

【技术实现步骤摘要】
基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法(一)
本专利技术涉及的是一种基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法，可用于光学透明物体的高分辨率三维显微成像，可广泛应用于微小生物的无损、无标记、非接触式的三维层析成像等，属于显微成像
(二)
技术介绍
待测样品的三维折射率分布，是其一种重要的固有属性，对于光学透明的待测样品来说，三维折射率分布，可以反映样品的微结构、密度等信息，因此要实现无损、无标记、非接触式的三维层析成像。在当代的生命科学研究中，通常采用荧光成像对待测样品进行标记。但是在进行标记的过程中，会对待测样品本身产生一定的影响，从而会影响最终的研究结果。而数字全息层析成像技术是一种新型的无损、无标记、非接触式的新型成像技术，可以重建得到待测样品的三维折射率分布信息，是近年来的一个研究热点。数字全息层析成像技术结合了数字全息显微成像技术和计算机断层扫描技术，是近年来提出的新技术。近年来，虽然提出了多种应用数字全息层析成像技术的成像方法，但是大部分的思路都是结合马赫曾德尔干涉光路进行数字全息记录。马赫曾德尔干涉光路成像所用的器件更多，系统稳定性要求更高，操作成为复杂。基于马赫曾德尔干涉光路的方法，对器件的要求更高，而且光路更为复杂且难以调试，因此迫切需要一种新的成像方法，其所用器件更少，光路更为简单，系统稳定性更高，操作更为简便，而且对待测样品测量的灵敏度更高，成像分辨率更高。本专利技术提出了一种基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法，本专利技术采用F-P腔干涉光路，其光路简单，所用的器件更少，因此系统的稳定性更高。从原理上来说，光束在F-P腔多次反射，并多次经过待测样品，光程差依次累积，因此测量的灵敏度更高。F-P腔干涉形成的全息图，精细度相比马赫曾德尔干涉更高，全息图的记录更为精确。本专利技术采用多波长的方式能够分辨出更多精确的结构，大大提高相位测量的测量精度。同时，在相位计算中，这是一种有效的降低噪声的方法。专利CN201611105825.5公开了一种多波长可调谐显微干涉的测量方法及其装置，利用三个波长测量被测元件的表面微观形貌。从系统装置上来说，与本专利技术提出的多波长相位显微成像新方法，有着本质的区别。专利CN201610911993.7公开了一种双波长相位显微成像系统和方法、以及对应相位恢复方法，采用马赫曾德尔干涉光路来实现双波长同轴相移干涉显微系统，与本专利技术提出的多波长相位显微成像新方法，有着本质的区别。专利CN201711154591.8公开了一种双波长共路数字全息干涉测量方法与系统，通过波前相减的方式得到相位差，与本专利技术提出的新方法从本质上不同。从干涉原理上来说，在成像光路上也与本专利技术有着本质的区别，专利CN201710904860.1公开了一种光学相干断层扫描成像系统，该成像系统采用了马赫曾德尔干涉光路，其特点是采用了光纤来简化系统，降低成本，但是相比F-P腔的光路结构，仍然较为复杂。专利CN201810145657.5公开了一种高分辨率数字全息衍射层析成像，其特点是采用马赫曾德尔干涉光路结构，利用合成孔径方法得到N幅合成高分辨率全息图，进而获得被测样品的高分辨率三维折射率再现。相对来说，结构更为复杂，与本专利技术专利有着本质区别。专利CN201910136421.X公开了一种超分辨率数字全息成像系统和成像方法，其成像系统的特点是在传统的马赫曾德尔干涉光路前加入一块透射式空间光调制器，对光源进行调制。与采用F-P腔的光路结构的本专利技术相比，有着本质区别。本专利技术公开了一种基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法，本专利技术可用于光学透明物体的高分辨率显微成像，可广泛应用于微小物体的无损、无标记、非接触式的层析成像等领域。该基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法采用基于F-P腔的数字全息记录光路，运用数字全息层析成像技术和多波长成像技术，对F-P腔光路记录的数字全息图，进行层析重建，还原出待测样品的三维折射率分布。与在先技术相比，由于采用了基于F-P腔的数字全息记录光路，不同波长的光束在F-P腔中多次反射经过待测样品，测量的灵敏度更高。该基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法具有结构简单、灵敏度高、分辨率更高的优点。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单、灵敏度高、分辨率更高的基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法。本专利技术的目的是这样实现的：该基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法包括基于F-P腔的多波长数字全息图记录、数值重建、解包裹、误差处理、三维相位分布重建和三维折射率转换。记录入射F-P腔光波的复振幅A0，及不同光源波长时未放入待测样品时的数字全息图，之后在F-P腔中放入待测样品，在θ＝0时，记录该角度时光源波长分别为λ1,λ2,…,λN时，含有待测样品信息的最优的数字全息图，对记录的数字全息图进行数值重建，得到透射光的复振幅分布代入已知的数值，可以得到该角度时不同波长的相位分布对相位分布进行解包裹处理，不同波长的含有待测样品信息的相位分布减去未放入待测样品时的相位分布即得到只含有待测样品信息的相位分布旋转待测样品，记录不同角度不同波长时的最优的数字全息图，依次得到不同波长的该角度时的只含有待测样品信息的相位分布。对不同波长的所有角度的相位分布做iRadon变换，即可重建待测样品的三维相位分布δ(x,y,z；λk)，由推导公式可以转换得到待测样品的高分辨率三维折射率分布n(x,y,z)。本专利技术提出的基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法，适用于包括基于F-P腔的数字全息记录光路11、待测样品12、控制模块13和计算显示模块14的测量系统，如图2a所示。所述基于F-P腔的数字全息记录光路11包括不同波长的多个光源，扩束器，F-P腔，显微物镜，图像采集器等。所述待测样品12为光学透明物体。所述控制模块13由计算机、仪器控制单元和仪器控制接口组成，对光源、图像采集器、旋转控制平台等进行控制和操作，完成包含待测样品信息的数字全息图记录。所述计算显示模块14，对记录的数字全息图进行程序处理，并在线显示待测样品12的三维折射率分布信息。所述基于F-P腔的数字全息记录光路11包括不同波长的多个光源，扩束器，F-P腔，显微物镜，图像采集器等。多个光源的波长各不相同，分别为λ1,λ2,…,λN。采用多个波长不同的激光光源，并选用适用相应波长的扩束器，选用腔长固定的F-P标准具，放大倍数为20倍的显微物镜，像素尺寸为3.45μm×3.45μm的ChargeCoupledDevice(CCD)等器件。所述待测样品12位于基于F-P腔的数字全息记录光路11中的F-P腔中，光束在F-P腔多次反射，并多次经过待测样品，光程差依次累积，因此测量的灵敏度更高。所述基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法中，F-P腔的腔长大于待测样品12的直径，使得待测样品12能够放入F-P腔中。所述基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法中，F-P腔的界面反射率在0～1之间。所述基于F-P腔的多波长相位显微成像新方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法。其特征是：它包括基于F-P腔的多波长数字全息图记录、数值重建、解包裹、误差处理、三维相位分布重建和三维折射率转换。记录入射F-P腔光波的复振幅A

【技术特征摘要】
1.一种基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法。其特征是：它包括基于F-P腔的多波长数字全息图记录、数值重建、解包裹、误差处理、三维相位分布重建和三维折射率转换。记录入射F-P腔光波的复振幅A0，及不同光源波长时未放入待测样品时的数字全息图，之后在F-P腔中放入待测样品，在θ＝0时，记录该角度时光源波长分别为λ1,λ2,…,λN时，含有待测样品信息的最优的数字全息图，对记录的数字全息图进行数值重建，得到透射光的复振幅分布代入已知的数值，可以得到该角度时不同波长的相位分布对相位分布进行解包裹处理，不同波长的含有待测样品信息的相位分布减去未放入待测样品时的相位分布即得到只含有待测样品信息的相位分布旋转待测样品，记录不同角度不同波长时的最优的数字全息图，依次得到不同波长的该角度时的只含有待测样品信息的相位分布。对不同波长的所有角度的相位分布做iRadon变换，即可重建待测样品的三维相位分布δ(x,y,z；λk)，由推导公式可以转换得到待测样品的高分辨率三维折射率分布n(x,y,z)。


2.一种基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法。其特征是：适用于包括基于F-P腔的数字全息记录光路、待测样品、控制模块和计算显示模块的测量系统。所述基于F-P腔的数字全息记录光路包括不同波长的多个光源，扩束器，F-P腔，显微物镜，图像采集器等。所述待测样品为光学透明物体。所述控制模块由计算机、仪器控制单元和仪器控制接口组成，对光源、图像采集器、旋转控制平台等进行控制和操作，完成包含待测样品信息的数字全息图记录。所述计算显示模块，对记录的数字全息图进行程序处理，并在线显示待测样品的三维折射率分布信息。


3.根据权利要求2所述的基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法，所述待测样品位于数字全息记录光路中的F-P腔中。


4.根据权利要求2所述的基于F-P腔的多波长相位显微成像新方法，F-P腔的腔长大于待测样品的直径，F-P腔的界面反射率在0～1之间。


5.根据权利要求2所述的基于F-P腔的多...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑立波，孟令知，李晟，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45