剪切数字全息及其血细胞形貌和折射率同时测量方法技术

本发明专利技术属于数字全息技术领域，具体涉及一种剪切数字全息及其血细胞形貌和折射率同时测量方法，其中血细胞三维微观形貌和折射率同时测量方法包括：采集各波长离轴干涉图；根据采集到的各波长离轴干涉图获取物波复振幅；从物波复振幅中恢复血细胞相位；构建血细胞相位表达式；以及测量出血细胞三维微观形貌和折射率，无需逐层扫描血细胞、无需使用血细胞三维层析成像技术，计算数据量小、简单、便捷；无需更换血细胞介质，技术难度低、可操作性强，无需额外测量装置；只需要采集两个单波长下的离轴干涉图，可快速恢复其相位，实现血细胞三维微观形貌和折射率的同时测量。观形貌和折射率的同时测量。观形貌和折射率的同时测量。

【技术实现步骤摘要】
剪切数字全息及其血细胞形貌和折射率同时测量方法


[0001]本专利技术属于数字全息
，具体涉及一种剪切数字全息及其血细胞形貌和折射率同时测量方法。

技术介绍

[0002]细胞是生命活动的基本单位。数字全息术凭借其高精度、无损伤和可定量的光学非接触成像优势，已成为血细胞免标记相位显微成像的一个新标杆。
[0003]从血细胞免标记相位显微成像过程可知，血细胞相位的大小一般取决于血细胞光轴方向上的高度和折射率分布。血细胞光轴方向上的高度一般是表征血细胞三维微观形态，而血细胞折射率一般是疾病诊断的重要依据；因此，无论是在细胞研究领域还是医学领域，同时测量这两个参数意义重大，而且技术难度大。目前，主要有以下几个代表性方法：(1)利用共聚焦显微镜的扫描技术获取细胞三维微观形貌，利用相位显微镜测量细胞相位，然后获取细胞折射率；但是，该方法使用的设备笨重、价格高昂，导致测试成本高、效率低；(2)利用三维层析相位显微镜，分层次对细胞成像，获取细胞多层级的二维折射率分布，然后运用相关重构算法构建细胞三维折射率分布，进而获取细胞三维微观形貌；但是，该三维层析过程方法计算量大、费时、实时性差；(3)通过更换细胞介质，改变细胞介质的折射率，实现不同细胞介质下的相位测量，获得细胞形貌和折射率；但是，该方法需要更换细胞介质，导致其操作难度大、可行性较差。虽然上述细胞形貌和折射率测量都取得了一定的进展，但是方法复杂、难度大、可操作性低。
[0004]因此，基于上述技术问题需要设计一种新的剪切数字全息及其血细胞形貌和折射率同时测量方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种剪切数字全息及其血细胞形貌和折射率同时测量方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种血细胞三维微观形貌和折射率同时测量方法，包括：
[0007]采集各波长离轴干涉图；
[0008]根据采集到的各波长离轴干涉图获取物波复振幅；
[0009]从物波复振幅中恢复血细胞相位；
[0010]构建血细胞相位表达式；以及
[0011]测量出血细胞三维微观形貌和折射率。
[0012]进一步，采集的各波长离轴干涉图为：
[0013][0014][0015]其中，为波长λ1下的物波；为波长λ2下的物波；为波长λ1下的参考波；为波长λ2下的参考波；*为复共轭。
[0016]进一步，所述根据采集到的各波长离轴干涉图获取物波复振幅的方法包括：
[0017]对采集到的各波长离轴干涉图进行处理，提取物波复振幅，其提取的波长λ1和λ2下的物波复振幅和分别表示为：
[0018][0019][0020]其中，FFT为傅里叶变换；FFTSHIFT为傅里叶频谱移中心操作；IFFT为傅里叶逆变换。
[0021]进一步，所述从物波复振幅中恢复血细胞相位的方法包括：
[0022]从物波复振幅中恢复血细胞相位，其提取的波长λ1和λ2下的相位和表示为：
[0023][0024][0025]其中，Im(
·
)为虚部；Re(
·
)为实部。
[0026]进一步，所述构建血细胞相位表达式的方法包括：
[0027][0028][0029]其中，h为血细胞光轴方向的高度；和分别为波长λ1和λ2下的介质折射率；和分别为波长λ1和λ2下的血细胞折射率；
[0030]波长λ1和λ2下的介质和血细胞折射率差值分别为：
[0031][0032][0033]其中，Δn
rbc
＜＜Δn
m
；
[0034]则
[0035][0036][0037]进一步，所述测量出血细胞三维微观形貌和折射率的方法包括：
[0038]测量出血细胞三维微观形貌h和折射率n
rbc
，表示为：
[0039][0040][0041]即同时测量出血细胞三维微观形貌和折射率。
[0042]第二方面，本专利技术还提供一种血细胞三维微观形貌和折射率同时测量系统，包括：
[0043]采集模块，采集各波长离轴干涉图；
[0044]物波复振幅获取模块，根据采集到的各波长离轴干涉图获取物波复振幅；
[0045]相位恢复模块，从物波复振幅中恢复血细胞相位；
[0046]构建模块，构建血细胞相位表达式；以及
[0047]测量模块，测量出血细胞三维微观形貌和折射率。
[0048]第三方面，本专利技术还提供一种剪切数字全息系统，包括：
[0049]可调谐激光器、血细胞样品、显微物镜、光学玻璃板和CMOS；
[0050]所述可调谐激光器分别发出波长为λ1或波长为λ2的激光光束，照射血细胞样品后，经过显微物镜、形成血细胞放大光路；
[0051]所述血细胞放大光路经过光学玻璃板，在光学玻璃板的前后面发生反射后，在CMOS上发生干涉，形成波长为λ1或波长为λ2的各波长离轴干涉图。
[0052]本专利技术的有益效果是，本专利技术通过采集各波长离轴干涉图；根据采集到的各波长离轴干涉图获取物波复振幅；从物波复振幅中恢复血细胞相位；构建血细胞相位表达式；以及测量出血细胞三维微观形貌和折射率，无需逐层扫描血细胞、无需使用血细胞三维层析成像技术，计算数据量小、简单、便捷；无需更换血细胞介质，技术难度低、可操作性强，无需额外测量装置；只需要采集两个单波长下的离轴干涉图，可快速恢复其相位，实现血细胞三维微观形貌和折射率的同时测量。
[0053]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0054]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0055]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056]图1是本专利技术的剪切数字全息系统的示意图；
[0057]图2是本专利技术的血细胞三维微观形貌和折射率同时测量方法的流程图。
[0058]图中：
[0059]1为可调谐激光器；2为血细胞样品；3为显微物镜；4为光学玻璃板；5为CMOS。
具体实施方式
[0060]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0061]如图1所示，本实施例提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种血细胞三维微观形貌和折射率同时测量方法，其特征在于，包括：采集各波长离轴干涉图；根据采集到的各波长离轴干涉图获取物波复振幅；从物波复振幅中恢复血细胞相位；构建血细胞相位表达式；以及测量出血细胞三维微观形貌和折射率。2.如权利要求1所述的血细胞三维微观形貌和折射率同时测量方法，其特征在于，采集的各波长离轴干涉图为：采集的各波长离轴干涉图为：其中，为波长λ1下的物波；为波长λ2下的物波；为波长λ1下的参考波；为波长λ2下的参考波；*为复共轭。3.如权利要求2所述的血细胞三维微观形貌和折射率同时测量方法，其特征在于，所述根据采集到的各波长离轴干涉图获取物波复振幅的方法包括：对采集到的各波长离轴干涉图进行处理，提取物波复振幅，其提取的波长λ1和λ2下的物波复振幅和分别表示为：分别表示为：其中，FFT为傅里叶变换；FFTSHIFT为傅里叶频谱移中心操作；IFFT为傅里叶逆变换。4.如权利要求3所述的血细胞三维微观形貌和折射率同时测量方法，其特征在于，所述从物波复振幅中恢复血细胞相位的方法包括：从物波复振幅中恢复血细胞相位，其提取的波长λ1和λ2下的相位和表示为：表示为：其中，Im(
·
)为虚部；Re(
·
)为实部。5.如权利要求4所述的血细胞三维微观形貌和折射率同时测量方法，其特征在于，所述构建血细胞相位表达式的方法包括：所述构建血细胞相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩琦，徐小青，王洁，陈吉丽，唐礼浩，倪语丹，王利群，
申请(专利权)人：常州机电职业技术学院，
类型：发明
国别省市：