[发明专利]一种用于显微系统的可调多波长数据采集系统

说明书

本发明提供一种用于显微系统的可调多波长数据采集系统，包括下层圆环底座、上层圆环支撑架、固定在下层圆环底座和上层圆环支撑架上的自动伸缩支撑杆、固定在上层圆环支撑架上的杆状传动装置、安装在杆状传动装置上的滤光片、固定在下层圆环底座上的信号接收装置以及与信号接收装置信号连接的控制装置。本发明采用双层圆环架空结构，可以在正置/倒置显微系统下使用，具有轻便、小巧、适用范围广的特点；本发明能够在不进行机械移动的前提下，快速精准地在显微系统下采集不同波长下的多幅强度图像，为后续利用采集到的数据进行多波长条件下的相位恢复提供了基础。

技术领域

本发明涉及生物显微成像技术领域，具体是一种用于显微系统的可调多波长数据采集系统。

背景技术

显微光学成像，是可见光透过样品后通过一个或多个透镜之后放大微小样品图像的技术。所得图像可以通过目镜直接观察，或者可以用感光板、数字化图像探测器(CCD)进行记录，还可以在计算机上进行显示与图像处理。

在显微成像中，大多样品都是无色透明的生物样品，当光波透过后，样品的强度信息和相位信息都会包含在透射光线中。研究表明，四分之三左右的信息储存在相位当中，而振幅中储存的信息仅有四分之一。因此，由样品的强度分布来估算(恢复)相位，即相位恢复问题引起了广泛关注。

物光波的振幅可以通过摄像机直接获取，但是相位不能被直接探测。最经典的相位测量方法是干涉测量法，然而该方法存在以下缺点：

(1)光波沿着不同的独立路径进入传感器区域，测量结果会受到振动的影响而严重损坏(环境干扰造成的)；

(2)光源的时间相干要求很高，从而需要较为复杂的干涉装置等。

另一类非常重要的非干涉相位测量技术称为相位恢复技术。基于强度传输方程的相位恢复方法是其中的一种典型方法，该方法仅需要测量待测光波在不同传输距离上的光强分布即可通过求解该方程恢复相位信息。方程形式如下：

其中光波沿着z方向传播，λ代表光波长，I和分别表示z₀位置的强度和相位。该方程中，强度在z方向上的偏导数难以计算，通常采用的是采集多幅强度图像来近似获得。例如，可以使用z₀+Δz和z₀位置的强度信息通过如下差分计算公式获得：

但是基于强度传输方程的非干涉相位恢复技术只适用于单波长条件下近距离传播时的相位求解，目前有一种多波长条件下的相位恢复算法克服了近距离传播与单波长条件的局限，该算法在求解过程中考虑多个波长下相位间的相关约束，并引入了合成波长与合成相位的概念。首先利用TIE算法分别得到多个不同波长条件下的相位分布，然后考虑两个波长间相位的相关约束，结合合成波长的思想重构记录面的相位分布，最后利用角谱法反向传输至物面后即可得到恢复的物面相位。

求得单个波长下的相位分布后，可以用多波长的方法求得合成波长的相位分布。双波长时的合成相位分布为：

其中，h表示光经过被测物体时的光程差，表示为两个波长时的等效波长，其值大于其中的任一波长。

三波长时合成的相位分布为：

式中i、j、k分别是三种不同的波长，

传统实验中，如果需要采用多波长条件下的相位恢复算法来求解相位，需要分别采集不同波长下对应的强度图像，而为了采集不同波长下的强度图像，在更换滤光片的过程中会造成机械移动，从而会影响到最终的相位恢复结果。

发明内容