[发明专利]基于光强传输方程的相衬与微分干涉相衬的显微成像方法

权利要求书

1.一种基于光强传输方程的相衬与微分干涉相衬的显微成像方法，其特征在于步骤如下：

步骤一，沿光轴采集三幅强度图像，即沿光轴采集三幅强度图像，分别是正向离焦图I_z-P、聚焦图I₀、反向离焦图I_z-N，利用数值差分估计求得光强I的一阶轴向微分

其中dz为正向离焦图I_z-P与反向离焦图I_z-N在z轴方向的间距；

步骤二，根据光强传输方程求解定量相位图像，即利用步骤一求得的一阶轴向微分代入光强传输方程求得定量相位图像φ；

步骤三，求解微分干涉相衬成像模态下的光强图，即利用步骤二求得的定量相位图像，基于微分干涉相衬成像理论求得微分干涉相衬成像模态下的光强图DIC(x,y)；

步骤四，求解相衬成像模态下的相位传递函数，求解相衬成像模态下的光强图，即利用步骤二求得的定量相位图像，基于相衬成像理论求得由环形相衬法得到的光强图I_PC-A(u)与变迹相衬法得到的光强图I_PC-B(u)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤二中：利用步骤一求得的一阶轴向微分求解光强传输方程TIE：

获得定量相位图像φ

其中k为波数，可表示为k＝2π/λ，λ为波长，式中是梯度算子，·表示点积，为逆拉普拉斯运算符。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤三的实现过程如下：

(1)首先一束光通过沃拉斯顿棱镜后分成两束带有Δx，Δy剪切量的相互相干的光场；

(2)其中任意一路再产生π/2的相移，另一路不变；

(3)最后两束光干涉叠加形成光强干涉图，即最终得到的微分干涉相衬图像；

(4)在实际情况下，不仅仅限于整数剪切量，也可实现小数剪切量，则此时的求解在频域进行：

DIC(x,y)＝|U(x,y)+U_Δ(x,y)|²

上述方法为基于傅里叶域的亚像素平移，其中为U(x,y)的傅里叶变换，(u_x,u_y)为对应空域坐标(x,y)的傅里叶域坐标，其中剪切量Δx,Δy的数值可调，当Δx,Δy剪切量为整数时可直接于空域求解，当Δx,Δy剪切量为小数时需转换到频域进行求解；同时，剪切量Δx,Δy的大小决定了物体在微分干涉相衬图像中的凸凹感；而剪切量Δx,Δy的正负决定了物体在微分干涉相衬图像中的阴影方向，最终可获得微分干涉相衬成像模态下的光强图DIC(x,y)；

所述步骤(3)的实现过程为：首先产生的物体光场为

I₀为步骤一中获得的聚焦图，φ(x,y)为步骤二中获得的φ，则剪切Δx,Δy并移相π/2后的光场U_Δ(x,y)为

Δx为沿x轴方向的剪切量，Δy为沿y轴方向的剪切量，则U(x,y)与U_Δ(x,y)形成的光强图DIC(x,y)为

其中Δx,Δy为整数N，其大小用于调节剪切量而正负用于调节剪切方向；DIC(x,y)为求得的微分干涉相衬成像光强图；

对于特殊情况下微分干涉相衬成像的求解方法如下：

①针对均匀光强情况下有I₀＝1，则有

U(x,y)＝exp[iφ(x,y)]

DIC(x,y)＝|exp[iφ(x,y)]+exp{i[φ(x+Δx,y+Δy)+π/2]}|²

②针对不均匀光强时的弱相位物体，即满足φ(x,y)＜＜1，则有

DIC(x,y)＝I₀{1+[φ(x,y)-φ(x+Δx,y+Δy)]}

③针对均匀光强时的弱相位物体，则有

U(x,y)＝exp[iφ(x,y)]＝1+iφ(x,y)

DIC(x,y)＝1+[φ(x,y)-φ(x+Δx,y+Δy)]

④针对光强缓变的情况下，则有