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《2007年全国第十六届十三省(市)光学学术会议论文集》2007年
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利用曲面拟合校正数字全息显微再现像的像场弯曲

邸江磊  赵建林  孙伟伟  姜宏振  
【摘要】:数字全息显微术结合了光学显微术和数字全息术,不仅可以对振幅型样品成像, 而且无需经过染色处理即可以直接对相位型样品成像,获得其三维相位分布信息,进而对其进行定量测量和有效观察。但是,在显微成像过程中,显微物镜所引入像场弯曲使物光波场的波前呈球面分布,产生附加二次相位因子,进而使样品数值再现像产生像差,影响观察和测量效果。对于相位型薄物体,经过数值重建和相位去包裹运算后,再现像的相位信息均匀分布在由像场弯曲产生的球面上。可以选择最小二乘意义下的曲面拟合方法对单幅全息图再现像的像场弯曲进行数值校正。根据球面方程的一般表达式可以获得球面拟合的超定方程组,并通过奇异值分解得到其最小二乘解,参数转换后最终求出显微物镜所导致球形像场弯曲的球心坐标与曲率半径,进而求出附加二次相位因子。通过在全息图的数值重建过程中乘以上述附加二次相位因子共轭项的方法对像场弯曲进行数值校正。进一步可以采用选取上述结果中的相对平坦区域,重新进行曲面拟合的二次拟合方法提高拟合精度或者通过改变采样步长以及采样点数目的方法来控制拟合精度与拟合时间。利用数字全息显微术对蝉翼和大蒜表皮细胞等相位型样品进行了测量,分析了成像过程中像场弯曲对再现像相位分布的影响,并选择最小二乘意义下的曲面拟合方法对单幅全息图再现像的像场弯曲进行了数值校正,获得像场弯曲完全得到校正的样品相位分布结果。与样品放入光路前后两次拍摄全息图,分别进行数值再现,相位去包裹运算并相减的方法获得的结果进行对比,利用两种方法所获得的结果一致,证明曲面拟合方法是校正像场弯曲的有效方法。

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