动态样品及活细胞的数字全息成像分辨率特性优化研究

论文摘要

数字全息作为一种新型的成像手段,具有实时,非接触,无损伤定量相衬成像等优点,在全息干涉计量、无损检测、表面微位移测量、物体形变分析等各个领域中有着广泛应用。无论在高精度无损测量方面,还是与微流控芯片技术相结合获取芯片内样品信息等应用方面,数字全息重建成像的分辨率和成像质量是主要关注的性能指标。不断提高数字全息成像分辨率和成像质量,才有可能进一步扩展数字全息的应用范围。本论文针对动态样品和活细胞,研究提高数字全息成像分辨率和成像质量的方法,并对洋葱上表皮细胞进行了成像实验。研究了数字全息分辨率优化的方法。首先研究了亚像素微位移识别匹配叠加方法提高数字全息成像的分辨率。将分辨率板作为样品,通过一定速度下分辨率板的扫描运动,记录得到一系列相互之间有亚像素微位移的多幅全息图;再通过亚像素微位移识别匹配算法,将这些全息图识别叠加后进行数字再现;并且,将亚像素微位移方法再现成像的结果与普通数字全息方法的结果进行了比较。其次,研究了时空扫描方法提高数字全息成像分辨率的效果。利用时空扫描数字全息方法并采用面阵CCD记录数字全息图组,通过以一定的匹配速度沿着水平x方向平移物体,记录一组全息图视频;再利用Matlab,将这组视频中每一帧全息图中同一x位置处的一列像素,按照时间顺序依次拼接起来,拼接成一幅时空扫描数字全息图;然后,对其作四步相移处理,再对四步相移后的时空扫描数字全息图进行数字再现。时空扫描的成像结果表明,分辨率板的再现振幅图沿着扫描方向的分辨率得到明显提高。最后,研究时空扫描方法与亚像素微位移识别匹配叠加方法相结合提高图像质量。实验中,采用了面阵CCD记录全息图视频,在全息图组的相同x位置提取列像素拼接成一幅时空扫描数字全息图,这样选择4个x位置就可以拼接得到4幅时空扫描数字全息图;再由此4幅全息图进行四步相移处理后,得到四步相移的时空扫描全息图。在不同的x位置处拼接得到的时空扫描全息图原则上应该是一样的,但是实际上彼此之间还是存在微小差异的。因此,对于在不同x位置拼接并四步相移处理的时空扫描数字全息图组,进一步利用其组内全息图彼此间的亚像素微位移,对这些四步相移的数字全息图运用亚像素微位移识别匹配算法,并将这些全息图识别叠加后进行数字再现。其成像结果表明,该方法可以在时空扫描提高分辨率的基础上,进一步提高成像分辨率和成像质量。论文将分辨率优化方法应用于活体洋葱上表皮细胞成像,比较了三种方法在活细胞成像中的分辨率特性。实验中,使用新鲜洋葱制备的活体洋葱上表皮细胞样品,对洋葱细胞样品进行时空扫描数字全息记录,拼接并四步相移处理得到时空扫描数字全息图,并数值重建得到其振幅图和相位图;然后,采用时空扫描结合亚像素微位移方法进行重建成像,得到洋葱表皮细胞的振幅图和相位图。实验结果表明,结合亚像素微位移方法,可以在时空扫描基础上进一步提高洋葱细胞的成像质量,验证了时空扫描结合亚像素微位移方法提高动态样品成像分辨率的有效性。而且,由洋葱上表皮细胞的相位图组,动态呈现了洋葱细胞核以及细胞质内组织在洋葱生命进程中的变化情况,并再现了洋葱上表皮细胞内细胞质脱水过程中的质壁分离现象。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 贾燕燕

导师: 江竹青

关键词: 数字全息成像,亚像素微位移,时空扫描数字全息,成像分辨率,四步相移法

来源: 北京工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 北京工业大学

分类号: O438.1

DOI: 10.26935/d.cnki.gbjgu.2019.000694

总页数: 72

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