【摘 要】
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光学显微镜已经成为生物医学成像的主要工具几个世纪之久,它的性能依赖于相对笨重、操作复杂且昂贵的透镜组以及其他光学机械部件。传统高分辨率光学显微镜依赖高倍和高数值孔径的物镜进行成像,同时其分辨率和视场大小由于内在机理导致存在相互权衡关系,当成像分辨率更高时其视场区域较小。与之相比,无透镜显微镜能够在不使用任何聚焦透镜的情况下实现高分辨率成像,同时可以显著地超越传统显微镜物镜的有限空间带宽积,实现大视
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光学显微镜已经成为生物医学成像的主要工具几个世纪之久,它的性能依赖于相对笨重、操作复杂且昂贵的透镜组以及其他光学机械部件。传统高分辨率光学显微镜依赖高倍和高数值孔径的物镜进行成像,同时其分辨率和视场大小由于内在机理导致存在相互权衡关系,当成像分辨率更高时其视场区域较小。与之相比,无透镜显微镜能够在不使用任何聚焦透镜的情况下实现高分辨率成像,同时可以显著地超越传统显微镜物镜的有限空间带宽积,实现大视场高分辨显微成像。本文通过理论分析、仿真计算和实验验证,对无透镜片上显微镜的成像原理、成像分辨率分析以及光波前重建算法等显微成像方法中的成像问题进行了系统的研究。主要的研究内容和创新点包括:1、针对同轴全息成像讨论了标量衍射理论及其推导出的三种标准的直接再现方法,讨论了数字全息显微成像的记录和再现的原理和条件,分析了同轴无透镜全息成像分辨率的影响因素。2、提出了轴向差分自动对焦算法,对比了几种常见的图像质量评估算子证明了提出算法的对焦精度更高,讨论并分析了使用上采样傅里叶变换矩阵进行亚像素对齐的算法。3、提出了抗高斯噪声的Wirtinger-Flow(WF)梯度下降算法进行波前重建,讨论了包括Gerchberg-Saxton算法及其衍生算法在内的相位恢复算法,通过仿真和实验对比重建结果证明了提出算法的有效性。实现约30mm~2大视场和约1.6微米分辨率的显微成像。
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