一种部分相干空间光干涉技术的系统误差消除方法技术方案

本发明专利技术涉及一种部分相干空间光干涉技术的系统误差消除方法，即基于PC

【技术实现步骤摘要】
一种部分相干空间光干涉技术的系统误差消除方法


[0001]本专利技术涉及光学检测
，具体涉及一种部分相干空间光干涉技术的系统误差消除方法。

技术介绍

[0002]由美国的G.Popescu教授在2011年专利技术的空间光干涉技术(Spatial light interference microscopy)，作为一种典型的定量位相成像技术具有相当的影响力。该技术基于透射式泽尼克相衬显微镜，适用于生物细胞，组织，细菌等透明样本的观测。但是由于G.Popescu提出的计算模型忽略了参考光的位相角度φ
R
(x)，使得SLIM的计算结果存在系统误差。在红细胞的测量上它的误差可能达到20％以上，在贴壁癌细胞的成像上更大可以达到50％以上。这个较大的系统误差导致SLIM技术无法很好的实用并得到产业化。本人的专利技术专利“一种双四步相移法提高空间光干涉技术精度的方法”(申请号：2022109236207)公开了一种基于双四步相移法的空间光干涉技术，可将SLIM系统误差消减一半以上，大大提高了空间光干涉法的精度。但是双四步相移法的使用并没有彻底消除这个系统误差，在贴壁癌细胞的成像中这个系统误差仍然很大。双四步相移法的主要优点在于它可将奥林巴斯相衬显微镜的物镜的相衬环的有效尺寸减少约一半。但是系统产生的参考光依然是对物光波前的低通滤波的结果，而参考光的位相角度φ
R
(x)与环厚有关，只要环厚不为0，系统误差就一定存在。该系统误差体现在SLIM技术的核心计算式中：
[0003][0004]此外，定量位相成像技术大致由2000年左右开始发展，到现在却依然没有很好的产品能为市场所普遍接受。比如基于强度传播方程的TIE技术也仍有12％的相对误差。使用激光的全息断层显微技术(ODT)，尽管通过旋转物体或照明可以测量样本的三维折射率分布，但由于激光散斑导致其成像信噪比很低，所依赖的Multilook技术导致其成像效率低下。相比之下部分相干照明的空间光干涉技术具有非相干光的高信噪比成像，同轴干涉光路的高稳定性和四步相移法的成像快速的优点，因此如果能把SLIM的系统误差彻底消除，或把原来默认为0的φ
R
(x)通过算法计算出来，这对于定量位相成像技术和光学干涉精密检测技术的发展具有重大意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种部分相干空间光干涉技术的系统误差消除方法，该方法有利于消除PC
‑
SLIM技术的系统误差，提高定量位相成像技术的准确度。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种部分相干空间光干涉技术的系统误差消除方法，包括：
[0007]通过基于PC
‑
SLIM的波前比较迭代法消除基于双四步相移法的部分相干空间光干涉显微技术即PC
‑
SLIM技术得到的位相结果φ
Pop0
与真实物光波前φ
Real
之间存在的系统误
差；将φ
Pop0
作为输入初始值即为第一次运算的物光波前相位的初始猜测值φ
G1
；所述初始猜测值即为最佳初始值，可使后续计算快速收敛；
[0008]基于PC
‑
SLIM的波前比较迭代法通过计算机模拟PC
‑
SLIM成像过程，对第k次迭代的物光波前进行高通滤波和低通滤波，分别获得散射光和直射光为：
[0009][0010]其中，u
Sk
(x)表示散射光，u
Dk
(x)表示直射光或者参考光，h
HS
(x)表示高通滤波的传递函数，h
LS
(x)表示低通滤波的传递函数，k表示第k次迭代计算，F[]表示傅里叶变换，x为空间坐标向量，φ
Gk
为物光波前的第k次猜测；
[0011]然后由PC
‑
SLIM技术的成像模型，有：
[0012]φ
SLIMk
(x)＝angle[u
Sk
(x)]‑
angle[u
Dk
(x)]＝φ
Sk
(x)
‑
φ
Rk
(x)
[0013][0014]其中，φ
SLIMk
(x)表示通过四步相移法测量得到的位相角即散射光角度减去直射光或参考光的角度；angle[]表示取复数波前的角度运算，φ
Sk
(x)表示散射光的位相角，φ
Rk
(x)表示直射光或参考光的位相角，|u
Real
(x)|表示真实的物光波前的振幅，φ
Popk
表示第k次迭代的PC
‑
SLIM技术的成像模型得到的位相角；
[0015]将这个φ
Popk
与最初的φ
Pop0
做对比，获得二者的差值：
[0016]Δφ
k
＝φ
Pop0
‑
φ
Popk
[0017]如果φ
Popk
与最初的φ
Pop0
的差值相比上一轮迭代中的差值的变化小于设定阈值ε：
[0018][0019]或者φ
Popk
与最初的φ
Pop0
的差值小于设定阈值ε：
[0020][0021]则将φ
Gk
作为结果输出并退出迭代；所得到的φ
Gk
即为消除系统误差后的物光波前φ
Real
(x)；
[0022]如果两个条件都不满足，则更新φ
Gk
为：
[0023]φ
Gk+1
＝φ
Gk
+Δφ
k
[0024]然后继续迭代。
[0025]进一步地，PC
‑
SLIM系统的高通滤波和低通滤波的等效孔径光阑分别表示为：
[0026][0027][0028]其中，光阑H
L
为物镜的相衬环的几何形状，光阑H
H
为物镜的后瞳扣除H
L
后剩余部分的几何形状，H
S
为系统照明光源的几何形状，v为空间频率向量，v0为光阑H
S
与H
H
在空间上错开且有最大重叠面积的偏移坐标所对应的空间频率向量，此时系统的三维交叉传递函数即
TCC函数取最大值。以高通滤波和低通滤波的等效光阑的表达形式为基础开展PC
‑
SLIM技术的计算机模拟。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：提供了一种部分相干空间光干涉技术的系统误差消除方法，该方法是基于PC
‑
SLIM技术的波前比较迭代法，可以通过比较模拟计算的φ
Popk
与PC
‑
SLIM得到的φ
Pop0<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种部分相干空间光干涉技术的系统误差消除方法，其特征在于，包括：通过基于PC
‑
SLIM的波前比较迭代法消除基于双四步相移法的部分相干空间光干涉显微技术即PC
‑
SLIM技术得到的位相结果φ
Pop0
与真实物光波前φ
Real
之间存在的系统误差；将φ
Pop0
作为输入初始值即为第一次运算的物光波前相位的初始猜测值φ
G1
；所述初始猜测值即为最佳初始值，可使后续计算快速收敛；基于PC
‑
SLIM的波前比较迭代法通过计算机模拟PC
‑
SLIM成像过程，对第k次迭代的物光波前进行高通滤波和低通滤波，分别获得散射光和直射光为：其中，u
Sk
(x)表示散射光，u
Dk
(x)表示直射光或者参考光，h
HS
(x)表示高通滤波的传递函数，h
LS
(x)表示低通滤波的传递函数，k表示第k次迭代计算，F[]表示傅里叶变换，x为空间坐标向量，φ
Gk
为物光波前的第k次猜测；然后由PC
‑
SLIM技术的成像模型，有：φ
SLIMk
(x)＝angle[u
Sk
(x)]
‑
angle[u
Dk
(x)]＝φ
Sk
(x)
‑
φ
Rk
(x)其中，φ
SLIMk
(x)表示通过四步相移法测量得到的位相角即散射光角度减去直射光或参考光的角度；angle[]表示取复数波前的角度运算，φ
Sk
(x)表示散射光的位相角，φ
Rk
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑明杰，李志芳，谭丁辉，杨雨丹，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：