CN117631246A - 一种定量相位成像方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种定量相位成像方法及装置，涉及光学显微成像技术领域。该方法包括：搭建基于物镜、准直透镜、空间光调制器和图像传感器的光学显微***；利用激光照射待测样品，经过物镜和准直透镜后入射到空间光调制器上；设计一组互补二值随机抽样屏，并依次加载到空间光调制器的抽样面上；依次记录待测样品的物波波前在图像传感器的记录面上的强度图样；采用互补二值随机抽样算法从强度图样中恢复待测样品的复振幅信息。本发明能够高质量、快速、精确地实现高分辨定量相位成像。
Description
技术领域
本发明涉及光学显微成像技术领域，特别是涉及一种定量相位成像方法及装置。
背景技术
定量相位成像作为一种定量测量和恢复物体相位分布的光学成像技术，被广泛应用于生物医学、化学和高分辨显微成像等研究领域。定量相位成像可以从光学显微成像***记录的样品强度图样中有效恢复待测样品的相位信息。
一般来说，定量相位成像大致可以分为两类：数字全息和相干衍射成像。数字全息是重建物体复振幅信息(包括振幅和相位)的一种经典的定量相位成像方法。在数字全息中，物波波前需要与光路中的参考光干涉形成图像传感器可记录的全息图，然后通过数字全息再现算法从全息图中定量恢复物波波前。然而，参考光的引入使得实验***更加复杂，并且全息干涉记录过程对外部环境的扰动极其敏感。此外，由于需要引入参考光，那么对于短相干的光源来说全息记录实验装置搭建比较困难，这也进一步限制了数字全息的应用范围。
相干衍射成像是定量相位成像的另一种有效技术，该技术不需要引入参考光，主要借助于迭代算法从强度图样中恢复物波的复振幅信息。因此，相干衍射成像光学***通常是单光路的、适合短波长和短相干长度光源的光学成像研究。在相干衍射成像中，物波波前的复振幅信息恢复的精度主要取决于迭代算法。最早发展的迭代算法是Gerchberg-Saxton算法。然而，由于缺少足够的强度限制条件，Gerchberg-Saxton算法具有收敛性差和非唯一性的缺点。
近年来，为提高相位恢复的精度和收敛速度，提出了诸多新的相干衍射成像方法，例如利用已知调制屏来调制物波波前的方法。通过对物波波前进行随机调制，可以有效地增强记录强度的多样性，而这种强度的多样性有利于精确恢复物波相位信息。但是基于随机相位屏调制波前的方法，相位屏难以精确产生；基于单幅随机二值振幅屏的调制方法，透光率低、难以高质量恢复物波波前；基于递进二值随机抽样的相位成像方法，实验中需要根据抽样屏开孔率大小调整图像传感器曝光时间，增加了记录时间，也会影响相位恢复精度。
综上所述，如何高质量、快速、精确地实现高分辨定量相位成像是该技术领域中一个前沿问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种定量相位成像方法及装置，以高质量、快速、精确地实现高分辨定量相位成像。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种定量相位成像方法，所述定量相位成像方法包括：
搭建基于物镜、准直透镜、空间光调制器和图像传感器的光学显微***；
利用激光照射待测样品，经过物镜和准直透镜后入射到空间光调制器上；
设计一组互补二值随机抽样屏，并依次加载到空间光调制器的抽样面上；
依次记录待测样品的物波波前在图像传感器的记录面上的强度图样；
采用互补二值随机抽样算法从强度图样中恢复待测样品的复振幅信息。
可选地，搭建基于物镜、准直透镜、空间光调制器和图像传感器的光学显微***，具体包括：
将物镜、准直透镜、空间光调制器和图像传感器依次置于同一条光路上；
设计方形周期阵列，并将方形周期阵列的一倍泰伯距离作为空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面之间的距离；
设计方形波带板，并将方形周期阵列的一倍泰伯距离作为方形波带板的聚焦距离；
将方形周期阵列加载到空间光调制器上，记录方形周期阵列的衍射图样；
将方形波带板加载到空间光调制器上，记录方形波带板的衍射图样；
根据方形周期阵列的衍射图样和方形波带板的衍射图样定位空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面之间的距离以及校正空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面的坐标中心。
可选地，采用互补二值随机抽样算法从强度图样中恢复待测样品的复振幅信息，具体包括：
基于图像传感器的记录面上的强度图样计算初始复振幅；
将初始复振幅逆衍射到空间光调制器的抽样面上，得到逆衍射复振幅，并保留逆衍射复振幅的相位，用抽样屏函数代替逆衍射复振幅的振幅，得到抽样面复振幅；
将抽样面复振幅向前衍射到图像传感器的记录面上，得到正衍射复振幅，并保留正衍射复振幅的相位，用初始复振幅的振幅代替正衍射复振幅的振幅，得到记录面复振幅；
将记录面复振幅逆衍射到空间光调制器的抽样面上，更新逆衍射复振幅，并保留逆衍射复振幅的相位，用抽样屏函数代替逆衍射复振幅的振幅，更新抽样面复振幅；
重复更新抽样面复振幅的步骤，直到得到的抽样面复振幅收敛；
将图像传感器的记录面上的强度图样对应的所有抽样面复振幅相加，得到空间光调制器的抽样面上的物波波前；
将空间光调制器的抽样面上的物波波前向前衍射到图像传感器的记录面上，得到待测样品的复振幅信息。
可选地，方形周期阵列的一倍泰伯距离的计算公式为：
其中，ZT表示泰伯距离，m表示倍数，T表示方形周期阵列的周期，λ表示照明光的波长。
可选地，方形波带板的设计公式为；
其中，Xc-表示x方向的透光带内边到波带板中心线的距离，Xc+表示x方向的透光带外边到波带板中心线的距离，Yc-表示y方向的透光带内边到波带板中心线的距离，Yc+表示y方向的透光带外边到波带板中心线的距离，λ表示照明光的波长，f表示方形波带板的聚焦距离，c表示透光带序号，表示由波带板中央遮光带宽度ω确定的常数。
可选地，抽样屏函数的表达式为：
其中，Tn(p,q)表示抽样屏函数，且满足R(p,q)表示一个随机分布的从1到N的整数矩阵，n表示抽样屏序号，N表示抽样屏数量，(p,q)表示空间光调制器的抽样面上的像素坐标。
可选地，记录面复振幅的表达式为：
其中，U'dn(u,v)表示记录面复振幅，表示初始复振幅的振幅，exp(·)表示指数运算，angle(·)表示取复振幅相位运算，Udn(u,v)表示正衍射复振幅，(u,v)表示图像传感器的记录面上的空间坐标，j表示复数。
可选地，抽样面复振幅的表达式为：
Un'(p,q)＝Tn(p,q)exp(j·angle(Un(p,q)))；
其中，Un'(p,q)表示抽样面复振幅，Tn(p,q)表示抽样屏函数，exp(·)表示指数运算，angle(·)表示取复振幅相位运算，Un(p,q)表示逆衍射复振幅，(p,q)表示空间光调制器的抽样面上的像素坐标，j表示复数。
一种定量相位成像装置，所述定量相位成像装置用于实现上述的定量相位成像方法；所述定量相位成像装置包括：依次置于同一条光路上的激光器、待测样品、物镜、准直透镜、空间光调制器和图像传感器。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的定量相位成像方法通过设计一组互补二值随机抽样屏，并依次加载到空间光调制器的抽样面上来调制物波波前，物波透过抽样屏的强度图样由图像传感器记录，利用基于互补二值随机抽样的迭代算法和已知的抽样屏函数可以从强度图样中恢复样品的复振幅信息。其中，抽样屏函数可以被相对精确定义和产生，有利于高质量恢复物波波前信息，多幅抽样屏增加了抽样面和记录面的强度限制条件，进一步保证相位恢复的精度，此外，本发明提供的定量相位成像装置结构紧凑，不需要引入参考光，具有一定抗干扰性能，也更适用于短波长、短相干的光源。因此，本发明能够高质量、快速、精确地实现高分辨定量相位成像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的定量相位成像方法的流程图；
图2为本发明提供的定量相位成像装置的原理图；
图3为本发明提供的方形波带板、方形周期阵列及衍射图样的示意图；
图4为本发明提供的方形波带板和方形周期阵列的定标效果图；
图5为本发明提供的一组互补二值随机抽样屏的示意图；
图6为本发明提供的一组强度图样的示意图；
图7为本发明提供的从强度图样中恢复出的待测样品的相位分布图。
符号说明：
激光器-Laser，样品-S，物镜-OL，准直透镜CL，空间光调制器-SLM，图像传感器-CCD。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种定量相位成像方法及装置，以高质量、快速、精确地实现高分辨定量相位成像。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种定量相位成像方法，如图1所示，该方法包括：
步骤S1：搭建基于物镜、准直透镜、空间光调制器和图像传感器的光学显微***。
步骤S2：利用激光照射待测样品，经过物镜和准直透镜后入射到空间光调制器上。
步骤S3：设计一组互补二值随机抽样屏，并依次加载到空间光调制器的抽样面上。优选地，该互补二值随机抽样屏为互补二值振幅随机抽样屏。
步骤S4：依次记录待测样品的物波波前在图像传感器的记录面上的强度图样。
步骤S5：采用互补二值随机抽样算法从强度图样中恢复待测样品的复振幅信息。对应地，该互补二值随机抽样算法为互补二值振幅随机抽样算法。
此外，本发明还提供一种定量相位成像装置，以实现上述的定量相位成像方法。如图2所示，该装置包括：依次置于同一条光路上的激光器Laser、待测样品S、物镜OL、准直透镜CL、空间光调制器SLM和图像传感器CCD。其中，由激光器Laser发射的激光入射到由物镜OL和准直透镜CL组成的光学显微***中，物镜OL和准直透镜CL的组合可以将激光进行准直扩束。待测样品S位于物镜OL的前面，图像传感器CCD位于准直透镜CL的后面，样品面和记录面满足物像共轭关系，调整图像传感器CCD的位置，使待测样品S可以清晰成像在图像传感器CCD上，空间光调制器SLM位于准直透镜CL和图像传感器CCD之间。
本发明用一束激光照射放置在物镜前焦面的待测样品，透射波经过准直透镜实现显微放大并成像在图像传感器上，在准直透镜和图像传感器之间引入一个空间光调制器，在空间光调制器上依次加载设计好的互补二值随机抽样屏，物波透过互补二值随机抽样屏的衍射强度信息由图像传感器记录下来，利用互补二值随机抽样算法和确定的抽样屏函数可以从衍射强度图样中定量恢复出待测样品的复振幅信息(包括振幅信息和相位信息)。
本发明提供的定量相位成像装置中空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面之间的距离需要精确定位，同时两个面上的坐标系往往中心不重合，因此也需要对两个面上的坐标系进行校正来消除这种机械误差。
首先，将物镜、准直透镜、空间光调制器和图像传感器依次置于同一条光路上。
其次，设计方形周期阵列，并将方形周期阵列的一倍泰伯距离作为空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面之间的距离。
在本实施例中，利用周期物体的自成像效应，设计了一个方形周期阵列屏来准确定位空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面之间的距离，其自成像距离根据泰伯效应可表示为：
其中，ZT表示泰伯距离，m表示倍数，T表示方形周期阵列的周期，λ表示照明光的波长。整数倍的泰伯距离处都可以获得自成像，本实施例中采用一倍泰伯距离(即m＝1时的ZT)作为空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面之间的距离。
同时，设计方形波带板，并将方形周期阵列的一倍泰伯距离作为方形波带板的聚焦距离。
方形波带板在x方向的设计公式如下：
方形波带板在y方向的设计公式如下：
其中，Xc-表示x方向的透光带内边到波带板中心线的距离，Xc+表示x方向的透光带外边到波带板中心线的距离，Yc-表示y方向的透光带内边到波带板中心线的距离，Yc+表示y方向的透光带外边到波带板中心线的距离，λ表示照明光的波长，f表示方形波带板的聚焦距离，c表示透光带序号，表示由波带板中央遮光带宽度ω确定的常数。
之后，将方形周期阵列加载到空间光调制器上，记录方形周期阵列的衍射图样，将方形波带板加载到空间光调制器上，记录方形波带板的衍射图样，根据方形周期阵列的衍射图样和方形波带板的衍射图样定位空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面之间的距离以及校正空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面的坐标中心。
在本实施例中，采集方形周期阵列和方形波带板的衍射图样，调整到清晰、对比度高的效果就可以定位空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面之间的距离；再将两幅衍射图样分别与计算机设计的方形周期阵列和方形波带板进行准直定标，根据定标效果可以确定空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面之间的坐标偏移量，从而校正空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面的坐标中心。
本发明利用计算机设计一组互补二值随机抽样屏，基本原理如下：
假设在空间光调制器的抽样面上的目标波前定义为U(p,q)，(p,q)表示空间光调制器的抽样面上的(离散)像素坐标，在这里，显示在空间光调制器上的互补二值振幅随机抽样屏的透过率表示为Tn(p,q)(n＝1,2,...,N)。
上述步骤中的抽样屏函数(即透过率函数)定义为：
其中，Tn(p,q)表示抽样屏函数，R(p,q)表示一个随机分布的从1到N的整数矩阵，n表示抽样屏序号，N表示抽样屏数量。在本实施例中，0和1分别对应不透明像素和透明像素，理论上这样一组互补二值振幅随机抽样屏是互补的，他们满足：
基于上述原理设计出一组互补二值振幅随机抽样屏。
依次将设计好的这组互补二值振幅随机抽样屏加载到空间光调制器上，在图像传感器记录面上记录下对应的衍射强度，其中第n幅互补二值振幅随机抽样屏所对应的强度图样可以表示为：
In(u,v)＝|Frz{Tn(p,q)U(p,q)}|2,n＝1,2,…,N；
其中，Frz{}表示衍射距离为z的衍射积分算符，(u,v)表示图像传感器的记录面上的空间坐标。通过一组互补二值振幅随机抽样屏后的衍射强度图样由图像传感器记录下来。
接下来基于互补二值振幅随机抽样算法从强度图样中恢复待测样品的相位信息，具体步骤如下：
(1)基于图像传感器的记录面上的强度图样计算初始复振幅，并设定记录面上的初始复振幅的振幅和相位分别为和/>
(2)将步骤(1)中构建的初始复振幅逆衍射到空间光调制器的抽样面上，得到复振幅光场Un(p,q)，即逆衍射复振幅，保留该复振幅的相位，用抽样屏函数代替Un(p,q)的振幅信息，得到新的复振幅光场，即抽样面复振幅：
U′n(p,q)＝Tn(p,q)exp(j·angle(Un(p,q)))；
其中，U′n(p,q)表示抽样面复振幅，Tn(p,q)表示抽样屏函数，exp(·)表示指数运算，angle(·)表示取复振幅相位运算，Un(p,q)表示逆衍射复振幅，(p,q)表示空间光调制器的抽样面上的像素坐标，j表示复数。
(3)将复振幅光场U′n(p,q)向前衍射到图像传感器的记录面上，得到复振幅光场Udn(u,v)，即正衍射复振幅，然后保留该复振幅的相位，用基于强度图样计算的初始复振幅的振幅代替Udn(u,v)的振幅，得到新的复振幅光场，即记录面复振幅：
其中，U'dn(u,v)表示记录面复振幅，表示初始复振幅的振幅，exp(·)表示指数运算，angle(·)表示取复振幅相位运算，Udn(u,v)表示正衍射复振幅，(u,v)表示图像传感器的记录面上的空间坐标，j表示复数。
(4)然后再将U'dn(u,v)逆衍射到空间光调制器的抽样面上，得到复振幅光场Un(p,q)，即逆衍射复振幅，保留该复振幅的相位，用抽样屏函数Tn(p,q)代替Un(p,q)的振幅信息，得到新的复振幅光场，即抽样面复振幅：
U′n(p,q)＝Tn(p,q)exp(j·angle(Un(p,q)))。
(5)重复步骤(3)和(4)，直到计算出的空间光调制器的抽样面上的Un(p,q)收敛。
(6)通过重复步骤(1)-(5)，直到得到图像传感器的记录面上的强度图样对应的所有抽样面复振幅，然后将恢复的复振幅Un(p,q)相加，就可以得到空间光调制器的抽样面上的物波波前U(p,q)。
(7)将恢复的完整物波波前U(p,q)向前衍射到记录面就可以得到待测样品的复振幅信息Ud(u,v)。
下面通过实验验证本发明提供的定量相位成像方法及装置的可行性。
根据图2搭建定量相位成像装置。其中，光源为He-Ne激光器，其输出的激光波长为632.8nm，激光直接照射待测样品，本发明所使用的待测样品为一油滴。透过待测样品的物波波前，经过由物镜OL(10×，NA＝0.25)和一个焦距为300mm的准直透镜CL传输到图像传感器CCD(分辨率为1280×1024像素、像素尺寸为5.3um×5.3um)。在CL和CCD之间，引入一个传统的透射型SLM(Sony LCX029，分辨率为1024×768像素，像素尺寸为18um×18um)。随后，调节空间光调制器前后两个偏振片，将空间光调制器设置为强度调制模式。
设计一个聚焦距离为200.708mm的方形波带板(具体为方形菲涅尔波带板)和一倍泰伯距离为200.708mm的方形周期阵列。其中，方形波带板的参数包括，聚焦距离f＝200.708mm，透光带序号c的值从1取到41，波带板中央遮光带宽度ω＝4.608mm，具体如图3中的(a)所示；方形周期阵列的周期T＝252um，照明光的波长λ＝632.8nm，倍数m＝1，代入参数可以计算出本发明中方形周期阵列的一倍泰伯距离为200.708mm，具体如图3中的(c)所示。
分别将方形周期阵列和方形波带板加载到空间光调制器上，记录方形波带板的衍射图样，如图3中的(b)所示；记录方形周期阵列的衍射图样，如图3中的(d)所示。利用光学现象定位空间光调制器和图像传感器之间的距离，当图像传感器记录的两幅衍射图样的对比度较高、非常清晰时，此时对应的空间光调制器和图像传感器之间的距离可认为是200.708mm。
再将两幅衍射图样分别与计算机设计的方形波带板和方形周期阵列进行准直定标，具体如图4中的(a)和(b)所示，其中(a)为方形波带板的定标效果图，(b)为方形周期阵列的定标效果图，根据定标效果确定空间光调制器面和图像传感器记录面之间的坐标偏移量。
然后在计算机中设计一组N＝4的互补二值随机抽样屏(如图5所示)，按照上述设计思路将设计好的四幅互补二值随机抽样屏依次加载到空间光调制器上调制波前，用图像传感器分别记录下四幅强度图样(如图6所示)。通过互补二值随机抽样算法和四幅互补二值随机抽样屏函数，从所记录的强度图样中恢复出油滴的相位分布，具体如图7所示，这里根据物镜有效数值孔径，可以算出光学***的分辨率为1.54um，有效实现对油滴样品的高分辨相位成像。
本发明提出了一种单光路高分辨的定量相位成像方法和装置，理论分析和实验结果表明，本发明的单光路相位成像方法可以实现对样品的高分辨定量相位重建。本发明相比于基于相位屏调制的方法，采用可以被相对准确地定义和产生的振幅型二值抽样屏调制波前，可以显著提高相位恢复的精确度和迭代效率，有利于高质量恢复物波波前信息；本发明相比于基于单幅二值随机抽样屏的相位恢复方法，采用多幅抽样屏增加了抽样面和记录面的强度限制条件，进一步保证相位恢复的精度，可以重建完整物波波前，具有高质量重建相位的优势；本发明相比于递进二值随机抽样方法，不需要调整曝光时间，提升了测量速度和精度；本发明相比于传统的基于全息技术的相位恢复，无需引入参考光，提高了光路的稳定性和抗干扰的能力，也进一步适用于短相干长度的照明光源；同时，本发明采用高数值孔径的物镜可进一步提高实验***的分辨率，为高分辨的光学定量相位成像提供一种可行的方法。总之，本发明丰富了单光路的高分辨定量相位成像方法，为相关光学高分辨成像方面的应用奠定了一定的实验基础，在X射线成像的相关领域也有着潜在的应用，有助于研究基于X射线的高分辨生物、医学成像等。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种定量相位成像方法，其特征在于，所述定量相位成像方法包括：
搭建基于物镜、准直透镜、空间光调制器和图像传感器的光学显微***；
利用激光照射待测样品，经过物镜和准直透镜后入射到空间光调制器上；
设计一组互补二值随机抽样屏，并依次加载到空间光调制器的抽样面上；
依次记录待测样品的物波波前在图像传感器的记录面上的强度图样；
采用互补二值随机抽样算法从强度图样中恢复待测样品的复振幅信息。
2.根据权利要求1所述的定量相位成像方法，其特征在于，搭建基于物镜、准直透镜、空间光调制器和图像传感器的光学显微***，具体包括：
将物镜、准直透镜、空间光调制器和图像传感器依次置于同一条光路上；
设计方形周期阵列，并将方形周期阵列的一倍泰伯距离作为空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面之间的距离；
设计方形波带板，并将方形周期阵列的一倍泰伯距离作为方形波带板的聚焦距离；
将方形周期阵列加载到空间光调制器上，记录方形周期阵列的衍射图样；
将方形波带板加载到空间光调制器上，记录方形波带板的衍射图样；
根据方形周期阵列的衍射图样和方形波带板的衍射图样定位空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面之间的距离以及校正空间光调制器的抽样面和图像传感器的记录面的坐标中心。
3.根据权利要求1所述的定量相位成像方法，其特征在于，采用互补二值随机抽样算法从强度图样中恢复待测样品的复振幅信息，具体包括：
基于图像传感器的记录面上的强度图样计算初始复振幅；
将初始复振幅逆衍射到空间光调制器的抽样面上，得到逆衍射复振幅，并保留逆衍射复振幅的相位，用抽样屏函数代替逆衍射复振幅的振幅，得到抽样面复振幅；
将抽样面复振幅向前衍射到图像传感器的记录面上，得到正衍射复振幅，并保留正衍射复振幅的相位，用初始复振幅的振幅代替正衍射复振幅的振幅，得到记录面复振幅；
将记录面复振幅逆衍射到空间光调制器的抽样面上，更新逆衍射复振幅，并保留逆衍射复振幅的相位，用抽样屏函数代替逆衍射复振幅的振幅，更新抽样面复振幅；
重复更新抽样面复振幅的步骤，直到得到的抽样面复振幅收敛；
将图像传感器的记录面上的强度图样对应的所有抽样面复振幅相加，得到空间光调制器的抽样面上的物波波前；
将空间光调制器的抽样面上的物波波前向前衍射到图像传感器的记录面上，得到待测样品的复振幅信息。
4.根据权利要求2所述的定量相位成像方法，其特征在于，方形周期阵列的一倍泰伯距离的计算公式为：
其中，ZT表示泰伯距离，m表示倍数，T表示方形周期阵列的周期，λ表示照明光的波长。
5.根据权利要求2所述的定量相位成像方法，其特征在于，方形波带板的设计公式为；
其中，Xc-表示x方向的透光带内边到波带板中心线的距离，Xc+表示x方向的透光带外边到波带板中心线的距离，Yc-表示y方向的透光带内边到波带板中心线的距离，Yc+表示y方向的透光带外边到波带板中心线的距离，λ表示照明光的波长，f表示方形波带板的聚焦距离，c表示透光带序号，表示由波带板中央遮光带宽度ω确定的常数。
6.根据权利要求3所述的定量相位成像方法，其特征在于，抽样屏函数的表达式为：
其中，Tn(p,q)表示抽样屏函数，且满足R(p,q)表示一个随机分布的从1到N的整数矩阵，n表示抽样屏序号，N表示抽样屏数量，(p,q)表示空间光调制器的抽样面上的像素坐标。
7.根据权利要求3所述的定量相位成像方法，其特征在于，记录面复振幅的表达式为：
其中，U'dn(u,v)表示记录面复振幅，表示初始复振幅的振幅，exp(·)表示指数运算，angle(·)表示取复振幅相位运算，Udn(u,v)表示正衍射复振幅，(u,v)表示图像传感器的记录面上的空间坐标，j表示复数。
8.根据权利要求3所述的定量相位成像方法，其特征在于，抽样面复振幅的表达式为：
Un'(p,q)＝Tn(p,q)exp(j·angle(Un(p,q)))；
其中，Un'(p,q)表示抽样面复振幅，Tn(p,q)表示抽样屏函数，exp(·)表示指数运算，angle(·)表示取复振幅相位运算，Un(p,q)表示逆衍射复振幅，(p,q)表示空间光调制器的抽样面上的像素坐标，j表示复数。
9.一种定量相位成像装置，其特征在于，所述定量相位成像装置用于实现如权利要求1所述的定量相位成像方法；所述定量相位成像装置包括：依次置于同一条光路上的激光器、待测样品、物镜、准直透镜、空间光调制器和图像传感器。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311785404.1A CN117631246A (zh) | 2023-12-25 | 2023-12-25 | 一种定量相位成像方法及装置 |
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| CN105158921A (zh) * | 2015-10-26 | 2015-12-16 | 山东师范大学 | 一种基于互补随机抽样的无透镜衍射成像方法 |
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- 2023-12-25 CN CN202311785404.1A patent/CN117631246A/zh active Pending
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