基于LED的無透鏡數字全息顯微成像方法研究.pdf

1、數字全息技術利用光電傳感器記錄下物光與參考光的干涉圖樣，在計算機上進行重建之后，不僅能得到樣品的振幅信息，還能獲取相位信息，具有普通光學成像無法比擬的優(yōu)點。該技術在相位顯微、干涉計量、粒子檢測、細胞觀測等諸多領域都有應用并取得了一定的成果，但同時，數字全息的復雜的光路設計以及采用強相干性的激光作為照明光源等要求也造成了數字全息的應用產品化困難。對該方法的改進研究也一直得到了國內外眾多研究人員的關注，例如基于弱相干光源—LED的無透鏡數字

2、全息方法，不僅簡化了系統(tǒng)光路，還在結構、體積和系統(tǒng)功耗等各方面都有顯著的優(yōu)勢，但該方法在理論應用模型、具體算法實現等方面仍然需要很多的完善。
　　本文通過對數字全息兩步成像法過程中所涉及到的各個環(huán)節(jié)的系統(tǒng)闡述，建立了基于弱相干光源的無透鏡數字全息顯微成像方法的理論應用模型。其中，在記錄方面，討論了弱相干光源的相干性、記錄光路對再現像的影響、干擾像出現的原因等；在再現方面，推導了衍射的不同算法、相位解包裹的算法以及消除干擾像的優(yōu)化算

3、法等。接著，論文在MATLAB平臺上對該模型進行了仿真實驗，驗證了理論的正確性，并探究了記錄距離、再現距離、參考光角度、干擾噪聲等具體參數的影響。
　　在實驗驗證方面，論文搭建了基于弱相干光源的無透鏡數字全息顯微成像系統(tǒng)平臺，在硬件方面，選用了3D打印機作為機械框架，加入了LED、工業(yè)相機、微孔裝置、下位機等部件，并制作了暗箱；在軟件方面，則是基于MFC開發(fā)了配套的應用程序，包含了圖像采集、圖像處理以及全息重建等模塊。通過在該平臺

4、上的成像實驗驗證，探究并解釋了LED的相干性、光源距離、記錄距離等因素對系統(tǒng)成像的影響，并給出了較優(yōu)的成像參數。
　　在初步應用研究中，基于系統(tǒng)平臺，記錄了乳腺癌細胞MDA-MB-453的數字全息圖，重建了樣品的振幅信息和相位信息，定性比較了其與光學顯微成像的差異。定量分析了樣品的相位信息，根據相位與厚度的轉換模型，粗略估算了樣品的厚度。用數字圖像處理的方法消除了再現像中的干擾像及噪聲，提高了信噪比，得到了具有一定應用價值的振幅圖