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申请/专利权人：哈尔滨理工大学

摘要：本发明公开了一种基于无干涉编码孔径相关全息术的定量相位显微镜，涉及计算光学成像领域。现有的定量相位显微镜多采用干涉法来获取相位信息，但这些方法通常需要复杂的光路结构和高稳定性要求，限制了其应用范围。该定量相位显微镜通过光强传输方程技术，利用记录的物体全息图OHObjectHologram和点源全息图PSHPointSpreadHologram的强度分布，求解OH和PSH的相位分布，进而分别得到OH和PSH的复振幅。随后，通过OH和PSH的复振幅互相关，重建出样本的振幅及相位信息。本发明的定量相位显微镜能够在非相干照明条件下实现高精度的相位成像，适用于生物医学成像、光谱成像和超分辨成像等领域，具有广泛的应用前景。

主权项：1.一种基于无干涉编码孔径相关全息术的定量相位显微镜，其特征在于，采用具体装置结构包括单色LED、第一透镜、目标物体、显微物镜、第二透镜、成像物体平面、偏振片、相位型空间光调制器PSLMPhasespatiallightmodulator和图像传感器，其中：所述单色LED波长为532nm；LED发出的光束经过第一透镜后变为准直的平行光，平行光均匀照明在目标物体上；目标物体的衍射光经过显微物镜的放大，第二透镜作为目镜，经过第二透镜出射的光束变为准直的平行光，在成像物体平面处得到放大后的实像，将该放大实像视为成像物体参与后续的成像过程，成像物体光束入射到偏振片，偏振片的偏振角度与PSLM调制角度相同，通过偏振片的光束被PSLM上加载的CPMCodedPhaseMask调制；调制后的光束入射到图像传感器，通过图像传感器分别记录聚焦以及离焦的物体全息图OHObjectHologram强度分布；记录方式不变，将目标物体移除，仅在像平面处放置25μm针孔，通过所述图像传感器记录聚焦以及离焦的点源全息图PSHPointSpreadHologram强度分布；利用记录的全息图强度和光强传输方程技术计算OH和PSH的复振幅；将所述OH复振幅与所述PSH复振幅互相关运算，重建样本的复振幅；本方法包括以下三个步骤：S1：记录聚焦以及离焦的物体全息图OH和点源全息图PSH；定义垂直光束传播方向的成像物体平面上任意一物点的像素点坐标为x1,y1，垂直光束传播方向的所述CPM平面上像素点坐标为x2,y2，垂直光束传播方向的所述图像传感器平面上像素点坐标为x3,y3；假设成像物体平面处的光场复振幅为振幅为相位为φs，光场传播到所述CPM平面，经过所述CPM调制后传播到所述图像传感器平面处的复振幅为 其中，*为卷积运算，λ表示波长，d1为物平面到所述CPM平面的距离，φ为所述CPM的相位，d2为所述CPM平面到所述图像传感器平面的距离；然而，所述图像传感器仅能记录光波的强度信息，记录的OH强度分布为IOH＝|U3x3,y32所述PSH的记录过程与OH相同，将目标物体移除，在成像物体的平面处放置25μm针孔；在这种情况下，所述图像传感器平面处的复振幅为 其中，δx1,y1为针孔的复振幅；所述图像传感器上记录的PSH强度分布为 设聚焦OH记为IOHx3,y3,z3，离焦OH记为IOHx3,y3,z3+Δz3，聚焦PSH记为IPSHx3,y3,z3，离焦PSH记为IPSHx3,y3,z3+Δz3，z3为平行于光束传播方向图像聚焦位置处的图像传感器平面轴向坐标，Δz3为离焦距离，对应记录离焦全息图时图像传感器所移动的位移量；S2：计算OH和PSH的复振幅；光强传输方程如下所示 其中，Ix3,y3,z3表示图像传感器平面处的强度分布，为所述图像传感器平面处的轴向强度差分，为梯度算子，表示所述图像传感器平面处的相位，z3为平行于光束传播方向图像聚焦位置处的图像传感器平面轴向坐标；在该方程中，仅有轴向强度差分和相位为未知量，为求解相位，需计算出所述图像传感器平面处的轴向强度差分；所述OH的轴向强度差分如下所示 所述PSH的轴向强度差分如下所示 将所述OH和PSF的轴向强度差分分别代入到光强传输方程，求解得到聚焦位置处的OH和PSF的相位；通过所述图像传感器记录的强度分布得到OH和PSH的振幅，最终得到OH的复振幅U3x3,y3和PSH的复振幅Px3,y3；S3：将OH复振幅与PSH复振幅互相关运算，得到样本的复振幅；设为Hx,y，重建过程将所述OH复振幅与PSH复振幅做互相关运算，如下所示 其中，为互相关运算；通过复振幅互相关运算，最终将重建成像物体光场的复振幅分布；成像物体光场重建的振幅和相位分布分别表示为 φs＝argU其中，arg为取相位运算。

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