明場、暗場、相襯的多模顯微成像技術(shù)研究.pdf

1、一直以來，顯微成像技術(shù)在生物及醫(yī)學(xué)研究中都扮演著不可替代的重要角色。光學(xué)顯微鏡技術(shù)中最常用到的三種成像模式包括明場、暗場及相襯成像，明場成像能收集樣品低頻部分信息，主要適用于強(qiáng)吸收樣本的觀測；暗場成像通過俘獲大角度的散射光成像，能夠獲取樣品的高頻細(xì)節(jié)信息，故適用于弱吸收且輪廓清晰的樣本；相襯成像能提取樣品的相位信息，常用于未經(jīng)染色的透明樣本，可以實(shí)現(xiàn)生物樣本的活體觀測。三種成像方法相互補(bǔ)充，能夠提供較為完整的樣品信息，所以在很多情況下需

2、要綜合這三種成像模式。但對于傳統(tǒng)的顯微鏡成像技術(shù)，每種成像模式的實(shí)現(xiàn)都基于不同的硬件結(jié)構(gòu)，要實(shí)現(xiàn)三種成像模式操作復(fù)雜。
　　針對上述問題，本文提出了一套多模式復(fù)用顯微成像系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)獲取明場、暗場及相襯三種成像結(jié)果。該系統(tǒng)通過計(jì)算照明的方式，用一個(gè)可控制編碼的LED陣列代替普通光源作為照明源，所述陣列可以發(fā)出任意角度的照明光線，生成不同類型的照明圖樣。通過改變照明圖樣采集圖像并結(jié)合相應(yīng)的處理算法即可獲得不同的成像結(jié)果，無需添加任

3、何硬件配置。
　　此外，根據(jù)成像系統(tǒng)部分相干的特點(diǎn)，本文構(gòu)建了系統(tǒng)理論模型，該模型的核心部分為PSI窗函數(shù)，系統(tǒng)成像過程相當(dāng)于對樣本信息的加窗濾波過程。在此基礎(chǔ)上，本文通過 PSI窗函等效替換，推導(dǎo)出了相襯模式下的相位傳遞函數(shù)，計(jì)算了一維情況下的理論成像結(jié)果，并運(yùn)用Matlab完成PSI窗仿真。
　　進(jìn)一步地，為獲取更高分辨率及對比度的相襯成像結(jié)果，本文對不同照明圖樣下的成像結(jié)果完成理論仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對比得到以下三種照明圖

4、樣優(yōu)化結(jié)論：1、采用不同角度的明場劃分方式可以獲取樣本不同方向上的細(xì)節(jié)信息；2、當(dāng)物鏡數(shù)值孔徑不變，增大照明源數(shù)值孔徑（相當(dāng)于增大系統(tǒng)相干率σ），有利于成像分辨率的提升，但當(dāng)其增大到一定程度（σ=1）后分辨率提升不再明顯；3、采用圓環(huán)照明圖樣可以增大成像相襯對比度。
　　實(shí)驗(yàn)證明，本文所述成像系統(tǒng)成功獲得了明場、暗場及相襯（包括左右相襯及上下相襯）三種模式的成像結(jié)果，用時(shí)200ms，該成像時(shí)間由相機(jī)圖像采集時(shí)間決定，具有較高的實(shí)時(shí)