计算成像显微镜中的可编程照明控制与多模式光场成像研究

【摘要】：光学显微镜作为生命科学研究必不可少的观测仪器,其技术革新深刻地影响着生物、物理、化学、医学、冶金、酿造等研究领域的发展。尽管光学显微成像技术已经取得了巨大的进步,其成像系统还是依赖于传统的固定照明与光路探测结构设计,依然面临着信息获取维度、功能、性能受限于光学系统与探测器、相差成像等模式受限于物理硬件、难以实现单台“多模式”集成与快速模式切换、视场与分辨率无法兼顾等问题。针对上述问题,本文围绕“计算显微成像”的新理论与新方法,开展了可编程照明控制研究以及多模式高分辨光场显微成像研究。将传统显微镜中的科勒照明光源替换成低成本的可编程LED阵列,通过设计硬件驱动电路、开发PCB板、设计驱动程序并优化照明图案来操控可编程LED阵列提供角度、孔径灵活可调的显微照明,从而实现明场、暗场、差分相衬、莱茵伯格、彩虹暗场等成像模式。并在此基础上利用可编程LED阵列提供多角度下的流水灯照明,无需任何机械调节,仅需采集一组图像,即可数字化的记录下一个完整的五维光场信息,利用空间域的投影积分法,以及多模式成像算法,便可同时实现明场、暗场、差分相衬以及莱茵伯格重聚焦显微成像,并最终得到高分辨率全聚焦图像,在未来的生物学、医药学、生命科学等研究领域的发展上将展现巨大潜力。本文最后采用水绵、蝴蝶口器等样品对以上成像模式进行了测试与评估,验证了本文研究成果的可靠性与准确性。