数字全息显微定量相位成像的实验研究

建立了一套预放大式数字全息显微成像系统,通过对样品进行显微放大,实现了高分辨率的定量相位成像;并通过计算机控制相机自动曝光记录序列的数字全息图实现了动态相位成像。用标准样品验证了系统测量的准确性;以活体洋葱表皮细胞和血红细胞为样品,获得了清晰的定量相位像;以置于水环境的草履虫为样品,实现了动态成像。实验结果表明建立的系统可以实现高分辨率的动态定量相位成像,可以应用于生物活体样品的显微研究。     

改善数字全息显微术分辨率的几种方法

从理论和实验上研究了数字全息显微术的分辨率问题。通过分析几种不同数字全息记录光路对记录介质空间分辨率的要求表明,无透镜傅里叶变换全息光路对CCD的空间分辨率要求最低,最能充分利用CCD的带宽;再现像面的空间分辨率在不同方向上的不一致,会导致再现像在空间分辨率高的方向上相对展宽,而在空间分辨率低的方向上相对压缩;再现像的横向分辨率主要由CCD所能记录的物体的最高空间频率决定,它随CCD的尺寸和空间分辨率的提高及记录距离D的减小而提高。给出了消除再现像畸变的方法及实验结果,并提出了3种改善横向分辨率的方法。     

多平面数字全息显微成像技术研究

为了同时获得多个平面的数字全息显微再现图像以延拓成像空间深度,提出一种多平面数字全息显微成像法。将预先设定参数的二次扭曲位相因子作用于实验记录的数字全息图,只需一次菲涅耳重建便可同时获得多个成像平面的清晰再现图像。首先依据菲涅耳成像系统的传递函数,推导了采用二次扭曲位相因子的成像传递函数,确定参数频域滤波的选取规则;然后将实验得到的数字全息图像进行频域滤波以消除直透光和共轭像;最后将二次扭曲位相因子作用于滤波后的全息图进行菲涅耳重建。与其他方法相比较,本方法只需一次重建就能同时得到多个平面的聚焦像,且重建距离可以任意选择,再现图像不受直透光和共轭像干扰。     

数字全息显微系统的成像分辨率分析

根据成像理论和全息系统的点扩散函数,研究了数字全息显微系统的成像分辨率,给出了无预放大和有预放大情况下成像分辨率的表达式,指出了只有当CCD的成像分辨率等于或高于显微物镜(MO)的成像分辨率时,预放大数字全息系统的成像分辨率才取决于显微物镜的数值孔径(NA);反之,系统的成像分辨率则取决于CCD的数值孔径。采用无透镜傅里叶变换全息记录光路,对美国空军分辨率测试板进行了实验研究,结果表明再现像在水平和垂直方向的极限分辨率分别为3.91μm和4.38μm,与理论分析相吻合。对条纹物体进行了全息图的模拟记录和再现,结果与理论分析相一致。     

数字显微全息中透镜组成像实验参数研究

在数字显微全息中,引入显微物镜之后,物体通过显微镜后所成像的位置难以确定,CCD接收到的图像的放大倍数并不是显微镜标示的放大倍数而是一不确定值,并且CCD离物体所成像的距离太近不能重建出清晰的图像。针对这些问题,提出当物体放置位置固定时,讨论在能重建出清晰图像的前提下,CCD与像之间满足的关系;CCD的放置位置固定时,给出物体的放置位置与CCD位置之间的关系。实验结果表明:经过透镜组之后,CCD放置在通过算法算出的距离之内时,能重现出清晰的全息图,当不满足物体与CCD之间的关系时,重现图质量较差。     

数字全息显微中常见重建算法比较

基于理论分析和实验验证相结合的方法,对数字全息显微术中常见的三种重建算法即菲涅耳变换算法、角谱算法和卷积算法做了比较研究。结果表明:利用菲涅耳变换算法对离轴无透镜傅里叶变换数字全息进行重建时,无重建距离的限制;采用卷积重建法只能在最佳再现距离附近一个非常小的范围内才能获得高分辨率再现像;而采用角谱重建法在略小于最佳再现距离及大于最佳再现距离较大范围内重建,均能获得高分辨率的再现像。角谱重建法总体上优于卷积重建法。菲涅耳变换重建法简单、快捷,是优化的重建算法。     

图像模拟在白炽灯气体折射率全息CT测量中的应用

简要介绍白炽灯点燃过程中灯内气体折射率三维分布测量的实时全息干涉图像．根据密闭气体被灯丝加热时所涉及的物理问题建立简化的物理及数学模型．并利用数字图像处理技术对全息干涉图像的形成过程进行模拟研究。研究结果表明．当灯泡外空间的折射率变化不均匀时．灯泡投影区域内的干涉图像将同时带有灯内外气体折射率变化的信息．利用干涉图像中灯泡投影区域外干涉条纹的测量结果可以对实际测量结果进行修正。此外．根据研究结果及全息CT技术．给出了忽略灯泡外空间的折射率变化影响时白炽灯内气体折射率三维分布测量的实例。     

利用数字全息干涉术测定材料的泊松比

根据数字全息干涉术的基本原理，利用CCD分别记录物场状态变化前后的无透镜傅里叶变换全息图。通过数值再现分别得到不同状态下物场的复振幅分布，从而直接得到不同状态下物场问的干涉条纹图样。如果该物场是由板状试样的离面弯曲引起的，则通过测量干涉条纹图样中相同相位条纹的渐近线之间的夹角，即可确定出材料的泊松比。实验证明该方法简单易行，尤其适合对光学粗糙表面、小泊松比或小尺寸的试样进行全场测量，测量结果具有良好的重复性，较高的灵敏度和精度。     

数字全息法测量透明物体变形的修正

采用数字全息可以测量透明物体的厚度变形场,但我们此前的研究忽略了应力导致的折射率变化,给测量带来了误差,本文对这个问题进行了讨论,修正了物光的相位变化与物体厚度变形间的关系。相较于修正前的公式,新增加了一个修正项,通过测量带孔有机玻璃试件在均布拉伸载荷作用下的厚度变形,并将测量结果与理论计算结果进行比较,发现用修正前的关系式得到的变形量偏大,而修正后的结果与理论值吻合很好,证明此修正是正确和必要的。     

Tukey窗切趾全息图用于粒子场在焦位置测量的实验研究

提出采用能量透射率较大、频谱旁瓣峰值和旁瓣衰减斜率较小的Tukey窗对粒子场数字全息图进行切趾处理.分析了在焦位置测量和Tukey窗切趾粒子场数字全息图的原理.实验记录了附着于玻璃板表面的微小单层粒子场的数字全息图,采用Tukey窗对其切趾后进行数值再现.实验结果表明,全息图切趾后的再现像中已不存在黑白相间的干涉条纹,衬比度增强,再现粒子像更清晰,处于边缘区域的再现粒子像几乎被切趾孔径所淹没;随着窗函数切趾参量的逐渐增大,可更准确地确定单层粒子场的在焦位置,提高粒子场在焦位置的测量精度.     

用C50实现8条SPRITE热像仪非均匀性数字校正

针对8条SPRITE热像仪的成像特点,在提出基于场景统计特性的非均匀性数字校正算法的基础上,详述了实现以TMS320C50为核心的校正功能的硬件结构和软件流程.     

大视场TDICCD空间相机全通道高可靠快视系统

提出了一种适于大视场时间延迟积分电荷耦合器件 (TDICCD)空间相机的全通道高可靠快视系统。首先,建立TDICCD图像滚屏显示模型,能够有 效模拟TDICCD相机线阵输出的推扫过程,进而提出基于硬件的行频 自适应实时滚屏显示方法;然 后,针对高速图像数据缓存不可靠问题,提出易于硬件实现的(16,6)纠错编码算法; 最后,在某空间相机原理样机上进行了测试。结果表明,本系统的行频自适应范围为 0.52～7.68kHz,可对数据率 高达13.02Gbit/s的80通道12bit量化图像进 行实时滚屏拼接显示与缩略显示,图像细节表现能力强;加入(16,6)纠错编码算 法的SRAM缓存在1024Byte内可纠正82bit错误,提高了图像缓存的可靠性。系统工作稳定,可移植性强,已成 功应用于大视 场TDICCD空间相机的研制与检测中。     

A Thermosetting Oil for Droplet‐Based Real‐Time Monitoring of Digital PCR and Cell Culture

Real‐time observation of small volumes helps to understand phenomena ranging from reaction kinetics to cellular heterogeneity. However, high‐throughput real‐time monitoring systems based on droplets are rarely reported due to droplet motion and coalescence. Herein, a thermosetting oil is developed as a continuous phase to solve these problems through transforming into elastic solid after droplet generation. The thermosetting oil consists of silicon oil, nonionic surfactant, vinyl silicone oil, hydrosilicone oil, and Pt catalyst. Using Pt as the catalyst, the polymerization of this mixture can be accomplished in 72 min and 37 s at 37 and 95 °C, respectively, based on the hydrosilation of vinyl silicone oil and hydrosilicone oil without other inducers (e.g., UV, Ca²⁺). Droplet‐based real‐time monitoring of digital polymerase chain reaction (PCR) and cell culture is successfully achieved using this thermosetting oil, demonstrating that droplets motion and coalescence can be eliminated by the crosslinking material without the influence on bioreactions. In addition, the PCR products can be totally recovered from microcapsules created by this oil for further analysis. Thus, the newly developed oil allows real‐timely monitoring individual droplets in a high‐throughput manner, as well as has potential for other bioreactions and cell‐based assays.