一种基于双瞳孔外差计算全息成像系统及方法与流程

本发明属于光声检测领域，涉及一种基于双瞳孔外差计算全息成像系统及方法。

背景技术：

随着计算机和ccd技术的进步而迅速发展起来的数字全息技术，数字全息技术不仅继承了全息照相可记录和再现光场相位的优点,而且实现对细胞的光场记录、存储和再现的全数字化。医学常用的细胞显微镜观测需要对细胞进行染色或标记，或通过外界激发光源对细胞成像进行分析，但这些标记以及长时间的曝光往往对细胞有一定的伤害，甚至导致细胞的死亡，使用数字全息显微镜(dhm)，以激光为相干光源，利用干涉原理记录物体波前的相位和振幅信息，通过单个全息样本，数字重建标本不同深度层次的图像，并再现标本真实的三维图像。美国弗吉尼亚州立大学t.c.poon等人利用马赫-曾德干涉仪来实现双光瞳系统。非相干光学系统的脉冲响应(psf)是非负实数，它对于otf的振幅和相位产生一定的限制，而使用双光瞳图像处理系统能克服psf的限制。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于双瞳孔外差计算全息成像系统及方法，对光信号有更强的处理能力，能够成像出较为复杂和透明度不高的细胞。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于双瞳孔外差计算全息成像系统，包括he-ne激光源、扩束镜、分光镜i、凸透镜i、反光镜i、光瞳i、aom声光调制器、反光镜ii、光瞳ii、凸透镜ii、分光镜ii、反光镜iii、样本载物台、凸透镜iii、光电探测器、乘法器、低通滤波器和计算机单元；

分光镜i、分光镜ii、反光镜i、反光镜ii和反光镜iii与水平台夹角为45°，he-ne激光源垂直于水平台，扩束镜与水平台保持水平；

aom声光调制器放置于分光镜i和反光镜ii的中点，接收来自分光镜i的光束，经过aom声光调制器后产生频率不同的光束，并传递给反光镜ii；

光电探测器处于正上方设置的凸透镜iii的焦距范围内，在凸透镜iii正上方放置样本载物台；样本载物台上放置待测物体；

光瞳i放置于反光镜i和分光镜ii之间，光瞳ii放置于反光镜ii和凸透镜ii之间；

乘法器包括正弦乘法器和余弦乘法器；来自光电探测器的信号经过乘法器后分别得到光外差电信号的正交分量和同向分量；再通过低通滤波器进入计算机单元。

进一步，所述he-ne激光源波长为632.8nm、功率为1.5mw、腔长250为mm、重复频率为20hz。

进一步，所所述光瞳i和光瞳ii的光瞳函数p(x,y)，与he-ne激光源的激光束光强c(x,y)满足傅里叶变换。

进一步，所述样本载物台为透明的玻璃容器，玻璃容器内壁包覆有一层用来减弱光声波的反射干扰的吸声材料，玻璃容器表面覆有防止贴附的涂料。

基于所述系统的基于双瞳孔外差计算全息成像方法，所述方法包括以下步骤：

s1：将待测物体放置在样本载物台上，使待测物体的细胞保持在凸透镜iii的焦距范围内；

s2：启动he-ne激光源，以水平方向照射进分光镜i，实现光的分束；

s3：光电探测器通过检测传输进来的光的强度进行测量，然后进行信号重建，再传输到计算机单元。

本发明的有益效果在于：

(1)对比与传统光学显微镜只能提供振幅像，活体细胞属于相位型，光强度变化不明显，光在细胞及周围的传播速度不同，会出现相位延迟，很难清晰分辨细胞边缘。通过全息数字成像技术可以记录细胞的相位信息，获取细胞最全面的动态信息，包括传统相差显微镜无法获得的形态学参数，如细胞厚度和体积等。

(2)在本双瞳孔外差扫描系统成像中可以区分细胞于背景的阈值自动校正，可经过多次曝光成像、重新计算和还原成像，进一步提高图像清晰度。

(3)图像捕获既可以是单个细胞或某区域群体，也可以是多个区域群体，另外还可以延时成像。所得图片既可以以常规2d呈现，也可以是重建的3d图像。

(4)采取双瞳孔外差数字全息扫描，传统的光学扫描是一种非相干检测，对于光电探测器智能输出记录的振幅信息而相位信息全部丢失。而该装置使用双瞳孔外差扫描，使用两束激光通过声光频移器调制原始光频率ω0变成ω0+ω，从而使频率为ω0物光和频率为ω0+ω的参考光进行干涉，这种方法既可以保存振幅信息也可以保存相位信息。

(5)通过两个光瞳同时对系统进行严格控制，使空间滤波不再变得单一，系统对光信息的处理大幅度增强。

(6)使用双瞳孔外差数字全息扫描，利用光外差检测和多路复用器的优点，可以避免零级衍射项以及共扼像的干扰。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明结构示意图。

附图标记：1-he-ne激光源、2-扩束镜、3-分光镜i、4-凸透镜i、5-反光镜i、6-光瞳i、7-aom声光调制器、8-反光镜ii、9-光瞳ii、10-凸透镜ii、11-分光镜ii、12-反光镜iii、13-样本载物台、14-凸透镜iii、15-光电探测器、16-乘法器、17-低通滤波器、18-计算机单元。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明公开了一种双孔径光阑外差扫描的全息成像系统，如图1所示，包括he-ne激光源1、扩束镜2、分光镜i3、凸透镜i4、反光镜i5、光瞳i6、aom声光调制器7、反光镜ii8、光瞳ii9、凸透镜ii10、分光镜ii11、反光镜iii12、样本载物台13、凸透镜iii14、光电探测器15、乘法器16、低通滤波器17和计算机单元18。

其中，分光镜和反光镜和水平台呈45°角，he-ne激光源1垂直于水平台，扩束镜2水平于水平台；

aom声光调制器7放置于分光镜i3和反光镜ii8的正中间，接收来自于分光镜i3的光束，经过aom声光调制器7后产生频率不同光束传递给反光镜ii8；

光电探测器15处于正上方设置凸透镜iii14的焦距范围内，在凸透镜iii14正上方放置样本载物台13；样本载物台13上放置待测物体；

光瞳i6置于反光镜i5和分光镜ii11中间，光瞳ii9置于反光镜ii8和凸透镜ii10之间；

乘法器16包括正弦乘法器和余弦乘法器；来自光电探测器15的信号经过乘法器16后分别得到光外差电信号的正交分量和同向分量；再通过低通滤波器17进入计算机单元18。

本发明公开了上述双孔径光阑外差扫描的全息成像系统的检测方法，包括以下步骤：

s1：将红细胞样本放置在样本载物台上，使待测细胞在焦距范围内。

s2：启动he-ne激光源，以水平方向照射进分光镜，实现光的分束。

s3：光电探测器通过检测传输进来光的强度信息进行光声信号重建，并设置曝光时间。

在步骤s1中，所述的样本载物台为透明的玻璃容器，玻璃容器内壁包覆有一层用来减弱光声波的反射干扰的吸声材料，容器表面涂料阻止其贴敷。将红细胞培养液按照对应比例调剂。

在步骤s2中，he-ne激光源波长为632.8nm，功率为1.5mw，重复频率为20hz。

在步骤s3中，光电探测器将对输入的光强进行测量，进行信号重建传到数字存储示波单元。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。