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基于强度传播方程(transport of intensity equation,TIE)的相位恢复技术是一种非干涉、非迭代、测量环境简易的相位成像方法,可以实现对成像物体快速稳定且高对比度的相位检测,因此在生物显微成像领域得到了广泛的应用。传统TIE相位恢复技术由于至少需要通过移动三次物平面或像平面采集过焦、在焦和欠焦总共三幅强度图像,进而导致其无法实现实时相位成像。为了实现高精度低误差的活细胞实时相位成像,本文提出了基于数字视场校正的双目视TIE相位成像技术,其不仅克服了传统TIE相位成像技术无法实时成像的缺点,而且补偿了双目视场相位成像技术中存在的双视场失配误差,实现了生物细胞实时动态相位测量。本文具体研究工作和成果如下:(1)本文首先从自由光波场传播方程和亥姆赫兹方程方面进行了理论推导,得到一个不含时的波动方程,再利用光波旁轴近似条件约束和计算得出TIE算法的基本形式。通过研究和分析TIE技术以及对传统TIE相位恢复技术进行实验验证和总结,发现了传统TIE技术在实时相位成像上的不足,因此本文提出了双目视TIE相位恢复算法及基于快速傅里叶变换方法求解双目视TIE相位方法。模拟了不同噪声情况下,双目视TIE算法求解血红细胞的相位分布,其高精度的相位恢复结果表明双目视TIE技术在实时相位成像中有着良好的实用价值。(2)为了发挥TIE技术在商业显微镜应用上的相位成像实时价值,我们对光学显微镜进行了改装,主要在双目镜筒上安装两个型号规格一致的图像传感器,同时在其中一个目镜筒上加装铜制垫圈使得波前产生一定的相位延迟,进一步可以通过单次曝光同时采集到两幅离焦强度图像用于双目视TIE相位恢复计算。但是,在实验中通过双目镜采集的两幅图像之间会存在旋转、缩放和平移误差,这些误差会导致相位恢复不准确。为了校准双视场间的旋转、缩放和平移误差,本文提出了基于相位相关的数字视场校正TIE实时相位成像技术,从数字模拟和实验角度对该相位成像技术进行了计算和验证,通过校正算法和双目视TIE算法分别对分辨率板、随机相位板和人血涂片进行实验测量,校准后的结果与参考标准基本一致,由此证明了视场校正算法能精确校正视场间存在的误差,同时表明数字校正双目视场TIE实时相位成像技术能够在活细胞相位检测中成功应用,丰富了活细胞实时相位成像方法。(3)考虑到数字视场校正双目视TIE实时相位成像技术可以直接应用于生物显微成像系统,因此本文应用该改进后的双目视TIE相位成像技术对多种细胞进行了实验测量。在活细胞BHK21和F81中添加ATP试剂和葡萄糖试剂并实时采集细胞相位信息,根据时间相关和均方根相位原理分析对比了有无ATP情况下细胞膜振动的频率和幅度变化。细胞在添加ATP下相位波动更加剧烈,充分证明了ATP试剂可以促进对细胞膜的振动调节,进一步证明了数字校正的双目视场TIE技术在活细胞相位成像上有着非常有价值的应用前景。本文主要在双目视TIE相位显微的基础上,通过对显微镜简单改装并对双目视场进行了数字校正,将改进的双目视TIE技术成功地应用于活细胞动态成像,进一步分析了几种活细胞的振动现象。考虑到改进的双目视TIE技术摆脱了传统TIE技术的局限性,有着明显的速度优势,因此可为生物医学细胞实验的研究提供一种新的实用方法。