亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        顯微鏡景深拓展技術(shù)研究

        2014-03-27 02:03:35吳嘉敏林靖宇劉燁斌
        應(yīng)用光學(xué) 2014年6期
        關(guān)鍵詞:光場(chǎng)調(diào)制器景深

        張 平,吳嘉敏,林靖宇,劉燁斌

        (1.清華大學(xué) 自動(dòng)化系,北京 100084;2.江蘇北方湖光光電有限公司,江蘇 無(wú)錫 214035)

        引言

        光學(xué)顯微鏡從發(fā)明至今已有四百多年的歷史,伴隨著人類科技的發(fā)展,不斷演化進(jìn)步。普通光學(xué)顯微鏡的放大倍率已可超過(guò)1 000倍,并具有明場(chǎng)、暗場(chǎng)、偏振、熒光、相差、微分干涉、數(shù)字全息等多種類型,由簡(jiǎn)單的手動(dòng)目視觀察演變?yōu)檎吓恼?、攝像、處理、電控等多種功能的強(qiáng)大光學(xué)儀器。

        在顯微鏡功能越來(lái)越強(qiáng)大、越來(lái)越人性化的同時(shí),人們對(duì)它也在不斷提出新的要求,但目前顯微鏡還在很多方面有局限性,主要體現(xiàn)在:1) 空間分辨率受波動(dòng)特性限制提高困難;2) 顯微鏡景深小,尤其是在高分辨率和大數(shù)值孔徑的條件下,微小的離焦就會(huì)造成目標(biāo)丟失。

        分辨率是由電磁波特性決定的,更換探測(cè)波段可以提高分辨率,如掃描電子顯微鏡,但對(duì)于光學(xué)波段的顯微鏡而言橫向分辨率的提高進(jìn)展較為緩慢。隨著生命科學(xué)的高速發(fā)展,對(duì)于高性能的大景深三維立體顯微的需求日益迫切,這對(duì)大量已應(yīng)用的光學(xué)顯微鏡是一種挑戰(zhàn)。受顯微成像原理的限制,在獲取高橫向分辨率的同時(shí)會(huì)丟失掉縱向分辨率,因此如何增大顯微景深,使三維立體顯微更具應(yīng)用價(jià)值,創(chuàng)造出新型設(shè)備儀器成為了光學(xué)顯微鏡領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

        對(duì)于提高景深的研究在光學(xué)領(lǐng)域從來(lái)就沒(méi)有停止過(guò)[1-2],其中不乏有很多新的思路和方式,也取得了許多研究進(jìn)展與成果。在顯微光學(xué)中,就各種方法所獲取到的景深拓展效果來(lái)看,要形成大的三維立體顯微還需要做很多研究工作。在傳統(tǒng)顯微鏡的模式下,通過(guò)一些部件變形可獲取一定景深拓展,如:將球差故意引入顯微鏡頭設(shè)計(jì)中[3],改變顯微鏡的出瞳函數(shù)形式[4-5],但這些獲取的景深深度有限。

        在顯微成像領(lǐng)域中,更多的是在通過(guò)掃描成像、空間光調(diào)制、波前編碼及應(yīng)用光場(chǎng)來(lái)進(jìn)行顯微景深的提高研究。這些方法都能夠形成大的景深范圍,如掃描成像的光學(xué)切片技術(shù),理論上可對(duì)“任意”厚度的樣品進(jìn)行聚焦處理,空間光調(diào)制、波前編碼等方法可以獲取大于1個(gè)數(shù)量級(jí)的景深提升,而應(yīng)用光場(chǎng)則可提高至2個(gè)數(shù)量級(jí)。在這些方法中,盡管都獲取了景深的大幅提升,但由于自身技術(shù)的限制和不完善,目前都有些局限性,它們總是在犧牲效率、設(shè)備體積和橫向分辨率等,因而需要更多新的技術(shù)應(yīng)用到其研究中。這些技術(shù)帶來(lái)的大景深效應(yīng)可以在生命科學(xué)研究中對(duì)大尺度的三維目標(biāo)進(jìn)行有效的觀察,有些可以進(jìn)行活體快速運(yùn)動(dòng)觀察,光場(chǎng)顯微還可進(jìn)行多視角立體觀察,形成全面的顯微探測(cè)。

        大景深顯微成像作為一個(gè)實(shí)際需求牽引的技術(shù),經(jīng)幾十年發(fā)展已取得一定成效,有些已應(yīng)用到顯微鏡生產(chǎn)中,相信在不久將來(lái)會(huì)在實(shí)際工作中得以應(yīng)用。計(jì)算攝像(computational photography)是近年在國(guó)際上興起的一門新學(xué)科,在超分辨率成像、瞬態(tài)成像、拐角成像、散射介質(zhì)成像、深度獲取、去模糊等方面已經(jīng)獲得了巨大的成功,其通過(guò)前端采集和后端計(jì)算處理,可實(shí)現(xiàn)常規(guī)光學(xué)成像系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的多維信息獲取。在顯微鏡景深拓展方面,計(jì)算攝像也發(fā)揮著巨大的作用,通過(guò)體掃描、空間光調(diào)制、波前編碼及光場(chǎng)等手段,采用計(jì)算方式可有效拓展出大顯微景深圖像。國(guó)內(nèi)在顯微鏡大景深方面集中在波前編碼和空間光調(diào)制器上,主要研究單位有西安光機(jī)所[19,24]、清華大學(xué)[23]、浙江大學(xué)[5]、上海理工大學(xué)[30]、哈爾濱工業(yè)大學(xué)[29]等。

        本文以光學(xué)顯微鏡為研究對(duì)象,就其近年發(fā)展的大景深顯微成像技術(shù)進(jìn)行了綜合、全面的闡述,主要對(duì)光學(xué)切片掃描、空間光調(diào)制、波前編碼及光場(chǎng)進(jìn)行了分節(jié)介紹與論述,并就其技術(shù)發(fā)展提出觀點(diǎn)。

        1 掃描成像

        1.1 切片掃描

        在不改變現(xiàn)有顯微鏡顯微成像的原理?xiàng)l件下,增大顯微圖像景深的通常做法是對(duì)樣品進(jìn)行不同厚度位置的掃描,并采集形成序列圖像,以一定的規(guī)則進(jìn)行融合,通過(guò)計(jì)算重建出一幅大景深圖像。

        通過(guò)載物臺(tái)或者光學(xué)系統(tǒng)移動(dòng)的方法可在不對(duì)顯微鏡進(jìn)行大的原理改變情況下,獲取滿足一定需要的大景深圖像。該方法獲取移動(dòng)范圍內(nèi)的圖像切片序列,重建的大景深圖像是掃描時(shí)間內(nèi)的切片集合。若要獲取大景深及高縱向分辨率圖像,系統(tǒng)需要在掃描、計(jì)算上消耗大量時(shí)間。因此,該方法更適合于靜態(tài)樣本的觀察,無(wú)法應(yīng)用于活體樣本。

        構(gòu)建快速掃描大景深顯微鏡可有效提高系統(tǒng)的適用性。通過(guò)類似共聚焦原理在顯微后端搭建一套與前端成像一致的系統(tǒng)[6],通過(guò)與物面共軛的反射鏡快速移動(dòng)使成像物面在軸向快速移動(dòng),形成掃描,輸出實(shí)時(shí)圖像。該方法的掃描頻率可達(dá)到1kHz以上,但成像速度受制于高分辨率CCD的幀速度。也可在CCD成像光路中插入電動(dòng)可調(diào)諧透鏡,并進(jìn)行對(duì)焦面的快速掃描,用以進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄,速度可達(dá)到30 Hz[7]。

        切片掃描的重建方法可分成空域法和頻域法??沼蚍ㄊ菍?duì)每一幅圖像進(jìn)行清晰和模糊分類,并將清晰部分進(jìn)行融合圖像處理形成大景深圖像[8-10],目前已有很多實(shí)現(xiàn)合成全聚焦圖像的軟件,更多的研究在于清晰與模糊區(qū)的算法分析[11];頻域方法是利用清晰圖像所具有的高頻信息與模糊圖像的差異性來(lái)進(jìn)行區(qū)分與融合[12-14]。

        切片掃描保持了顯微鏡原有的高橫向分辨率優(yōu)勢(shì),并拓展了縱向分辨率,是一種經(jīng)濟(jì)、便利、有效的景深拓展方法。

        1.2 體掃描

        對(duì)于顯微應(yīng)用尤其是活體觀察,希望能夠盡快獲取全景深的圖像信息,盡管切片掃描中有了一些快速成像技術(shù),但離真正的“實(shí)時(shí)”成像還有些距離,因此通過(guò)一次曝光即可實(shí)現(xiàn)大景深圖像顯示顯得極具誘惑,這可以通過(guò)光學(xué)體掃描技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。光學(xué)體掃描即在相機(jī)曝光期間快速變化物面位置,形成一個(gè)高速掃描區(qū),獲取的圖像融合了“無(wú)數(shù)”的顯微物鏡聚焦切片圖像,通過(guò)去卷積可反演得到清晰的大景深、高分辨率圖像。相比于切片掃描,體掃描在一次曝光期間即可完成所有采樣工作,可實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫”融合與強(qiáng)實(shí)時(shí)性。

        具體方法為:在普通生物光學(xué)顯微鏡后端安放一可控小型液體透鏡作為快速、連續(xù)的變焦元件,實(shí)現(xiàn)CCD單次曝光期間的快速變焦[15]。模型計(jì)算表明,顯微鏡的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的變焦距離內(nèi)保持不變。圖1給出了不同離焦距離處的傳統(tǒng)顯微鏡與體掃描顯微的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)對(duì)比情況。

        體掃描顯微實(shí)驗(yàn)采用10倍放大倍率、0.25數(shù)值孔徑的顯微物鏡,液體透鏡反應(yīng)速度約10 ms,樣品尺寸5 μm~30 μm,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。圖2中(a)、(b)為傳統(tǒng)顯微鏡在前端、后端清晰位置處的圖像,(c)為獲取的體掃描圖像,(d)為處理后的圖像。實(shí)驗(yàn)獲取的顯微景深約為160 μm,且成像質(zhì)量與傳統(tǒng)顯微鏡保持一致。但是這一方法對(duì)于顯微物鏡的要求較高,各類實(shí)驗(yàn)都集中在低倍率下。相位梯度圖像的研究也進(jìn)一步表明了單次曝光獲取大景深的可行性與意義[16]。

        圖2 體掃描與傳統(tǒng)顯微鏡景深對(duì)比Fig.2 Comparison of depth of field between volumetric optical scaning and conventional microscope

        2 波前編碼

        波前編碼成像技術(shù)是由Cathey和Dowski[17]首先提出的一項(xiàng)用于擴(kuò)大焦深的處理技術(shù),近年來(lái)國(guó)際上眾多學(xué)者對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了研究,現(xiàn)已有各種實(shí)現(xiàn)形式。波前編碼的主體思想是在光學(xué)系統(tǒng)的出瞳,通過(guò)改變出瞳處的光波波面相位,使得光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)或光學(xué)傳遞函數(shù)變得與焦點(diǎn)所在的位置無(wú)關(guān),在焦點(diǎn)前后均保持了相同的函數(shù)描述形式,且系統(tǒng)截止頻率范圍內(nèi)的調(diào)制傳遞函數(shù)沒(méi)有出現(xiàn)零點(diǎn)。因此,通過(guò)獲取的與離焦量無(wú)關(guān)的模糊圖像與先驗(yàn)?zāi)0逍畔⑦M(jìn)行解卷積,即可恢復(fù)出整個(gè)場(chǎng)景的清晰圖像,且該圖像具有大景深的特點(diǎn)。

        波前編碼的核心在于如何設(shè)計(jì)出一個(gè)最佳的相位模板,由于不同的模板具有不同的特性,所產(chǎn)生的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)與焦距位置的敏感性也不相同,因此在最初的三次掩膜板[17-18]提出后,研究了數(shù)型模板[19]、高階型模板[20]、多項(xiàng)式模板[21]、指數(shù)型模板[22]、自由形式模板[23]、正弦型模板[24]等。多數(shù)模板由于存在著點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的移動(dòng)效應(yīng),使得理論設(shè)計(jì)值與實(shí)際值之間存在著失配情況,這就需要進(jìn)行模板優(yōu)化研究,設(shè)計(jì)更為復(fù)雜但更加合適的復(fù)合模板[25-26],并采用新的評(píng)價(jià)方式[27-28]。

        該方法的優(yōu)點(diǎn)是在不降低系統(tǒng)分辨率的情況下,僅需一次曝光即可將顯微景深擴(kuò)大至1個(gè)量級(jí)以上。同時(shí),由于無(wú)需要精確的焦點(diǎn)位置,因此該方法可抑制各種離焦類誤差,如球差、色散[18]、溫變[29]及裝配誤差,大大增加了顯微系統(tǒng)的冗余度,降低了系統(tǒng)的高精度設(shè)計(jì)要求與成本。波前編碼技術(shù)很好地解決了大景深與高成像質(zhì)量互為矛盾的兩難處境,在顯微鏡領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力,且在一些其他領(lǐng)域中也已應(yīng)用。

        相位模板在應(yīng)用到顯微鏡時(shí)最為根本的目的是為了提高點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)在焦點(diǎn)附近的非敏感量,從而提高系統(tǒng)的景深。除理論計(jì)算外,通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,可以得出不同的模板、出瞳形式有著略微差異的景深和光學(xué)傳遞函數(shù),但總體來(lái)看波前編碼技術(shù)所獲取的景深擴(kuò)大了約1個(gè)數(shù)量級(jí)。

        Tucker[18]等人在普通生物顯微鏡后部放置三次相位模板,進(jìn)行了景深的實(shí)際測(cè)量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。圖3中(a)為傳統(tǒng)顯微鏡獲取的圖像,(b)為插入三次相位板后所獲得的圖像,(c)為經(jīng)過(guò)計(jì)算重建出來(lái)的大景深圖像。圖3(a)中的景深約為9 μm,經(jīng)過(guò)拓展后景深約為90 μm,擴(kuò)展了10倍左右。Pan[30]等人通過(guò)研究三次相位板的相位項(xiàng)系數(shù),發(fā)現(xiàn)景深拓展的理論上限為60倍。Zhao[25]通過(guò)優(yōu)化掩膜板,在無(wú)限遠(yuǎn)系統(tǒng)中插入相位板,在32倍放大率、0.6數(shù)值孔徑角情況下,景深拓展了13倍。

        圖3 波前編碼與傳統(tǒng)顯微鏡景深對(duì)比Fig.3 Comparison of depth of field between wave front coding and conventional microscope

        波前編碼可有效提高顯微鏡的景深范圍至1個(gè)數(shù)量級(jí)以上,且景深增大的同時(shí)保持橫向分辨率不變。但編碼會(huì)一定程度的壓縮系統(tǒng)傳遞函數(shù),因此通過(guò)不斷地優(yōu)化模板形式、孔徑方式、插入位置、評(píng)價(jià)方式等有望進(jìn)一步提高綜合性能,并朝著實(shí)用化角度前進(jìn)。

        3 空間光調(diào)制

        在顯微鏡成像光路中插入一些特殊元件,這些元件會(huì)按照自身的特性對(duì)顯微光場(chǎng)進(jìn)行一定的空間調(diào)制,在某些模式下系統(tǒng)可得到大景深。例如,在成像光路中插入一圓形或圓環(huán)形孔徑光闌[31-32],系統(tǒng)會(huì)由于通光孔徑的減小而增大景深,但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)傳遞函數(shù)下降,圖像質(zhì)量變差。但是,在系統(tǒng)傳遞函數(shù)還沒(méi)有下降到系統(tǒng)最低要求時(shí),可以認(rèn)為這種縮小孔徑是增大景深的一種簡(jiǎn)單有效方法。在系統(tǒng)中插入光柵[33],進(jìn)行不同深度圖像的CCD分區(qū)域成像,也可增大系統(tǒng)景深。

        調(diào)制最為便捷的方法是在成像光路中加入空間光調(diào)制器,通常的做法是在成像光路的傅里葉面上進(jìn)行調(diào)制,其最大優(yōu)點(diǎn)是靈活,在同樣的硬件配置環(huán)境下,只需進(jìn)行軟件修改即可實(shí)現(xiàn)不同的調(diào)制方式。

        實(shí)質(zhì)上,空間光調(diào)制器提供了一種光場(chǎng)調(diào)制方式,它可以產(chǎn)生各種需要的模式,比如不同類型的物理孔徑、相位模式。利用空間光調(diào)制器可以制作各種光學(xué)元件,如:各類光闌、衍射透鏡[34]、菲涅爾透鏡[35]、多功能調(diào)制器[36]、光柵[37]等,這些元件的引入使顯微成像產(chǎn)生了很多特性,在一定情況下也提高了顯微鏡的景深。

        C. Iemmi[34]在顯微物鏡和CCD中間插入空間光調(diào)制器,然后在調(diào)制器上制作了多種衍射透鏡,在非相干單色光照明情況下,發(fā)現(xiàn)這些透鏡的多路復(fù)用可以產(chǎn)生大的景深圖像,并保持高圖像質(zhì)量。Christian Maurer[35]等人在顯微物鏡后端構(gòu)建一套傅里葉系統(tǒng),并在傅里葉面上插入一片1 080 pixel分辨率的空間光調(diào)制器,通過(guò)在空間光調(diào)制器上制作了多焦距離軸菲涅爾透鏡,并進(jìn)行了焦距的多路復(fù)用,實(shí)現(xiàn)了單次曝光大景深圖像的獲取。

        空間光調(diào)制器進(jìn)行的多路復(fù)用如圖4所示。在顯微物鏡后部插入空間光調(diào)制器,在多路復(fù)用的作用下,焦點(diǎn)前后不同位置處的像分別成像到CCD的不同位置上。因此,通過(guò)CCD的一次曝光成像,即可得到不同深度處的圖像。

        圖4 SLM原理示意圖Fig.4 Schematic diagram of spatial light modulation

        圖5給出了使用倍率100倍、孔徑角1.3浸油物鏡條件下,系統(tǒng)獲取的不同景深的圖像及這些圖像在空間位置的分布情況。傳統(tǒng)顯微鏡的景深約為0.38 μm,而實(shí)驗(yàn)獲得的有效景深約為8 μm,增大了約20倍。

        圖5 SLM縱向顯微圖Fig.5 Axial micrograph of spatial light modulation

        空間光調(diào)制技術(shù)盡管提高了景深,但在進(jìn)行顯微鏡大景深圖像獲取時(shí),犧牲了CCD的橫向分辨率,且當(dāng)引入衍射元件時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的色散,因而系統(tǒng)更適合于單色光觀察。將空間光調(diào)制器進(jìn)行照明光調(diào)制時(shí),也可獲取景深增大效果[38]。對(duì)于空間光調(diào)制進(jìn)行顯微景深增大了還需要在系統(tǒng)方式及提高成像質(zhì)量上進(jìn)一步研究。

        4 光場(chǎng)顯微

        隨著計(jì)算手段的飛速發(fā)展,光學(xué)成像開(kāi)始更細(xì)致的追求成像過(guò)程與更高維度信息場(chǎng),光場(chǎng)成像就是這樣一種新發(fā)展的光學(xué)技術(shù)。光場(chǎng)是空間中同時(shí)包含位置和方向信息參數(shù)化表示[39-40],理論上來(lái)說(shuō)光場(chǎng)包含了所有的光學(xué)信息,因此通過(guò)計(jì)算可以得到任何想要得到的光學(xué)信息,實(shí)現(xiàn)先拍照后成像。

        1996年Levoy的光場(chǎng)渲染理論進(jìn)一步修改并完善了光場(chǎng)理論[39],在此基礎(chǔ)上,2005年Ng發(fā)明了第一臺(tái)手持式光場(chǎng)相機(jī)[41],2006年Levoy將光場(chǎng)理論運(yùn)用于顯微成像,并研制出光場(chǎng)顯微鏡[42],可得到多視角大景深顯微圖像。

        Levoy創(chuàng)造的光場(chǎng)顯微鏡與傳統(tǒng)顯微鏡的差別是在傳統(tǒng)顯微鏡的成像面上插入了一片微透鏡陣列,并在微透鏡陣列的焦面上安裝成像器件,形式如圖6所示。這一改變使得系統(tǒng)記錄的圖像中不僅包含了位置信息,還包含了方向信息,因而記錄的是光場(chǎng)。對(duì)此光場(chǎng)圖像進(jìn)行計(jì)算,并重建出顯微圖像,可以得出多維信息。而這一改變卻對(duì)顯微鏡景深產(chǎn)生了巨大的影響,表1給出了不同物鏡的景深對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn):光場(chǎng)顯微鏡的景深相比傳統(tǒng)顯微鏡提高了約2個(gè)數(shù)量級(jí),即使是光場(chǎng)顯微進(jìn)行了重聚焦后的圖像也比傳統(tǒng)顯微鏡景深提高了約1個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)然,實(shí)際系統(tǒng)的景深放大需要考慮微透鏡陣列的焦距、CCD像元的大小等更多綜合因素[43]。但可以發(fā)現(xiàn),光場(chǎng)顯微鏡在景深上具有極大的優(yōu)勢(shì),圖7給出了光場(chǎng)顯微大景深的實(shí)驗(yàn)效果圖。

        圖6 光場(chǎng)顯微原理示意圖Fig.6 Schematic diagram of light field microscopy

        表1 不同物鏡的光場(chǎng)顯微景深Table 1 Depths of filed with different objectives inligh field microscopy

        圖7 光場(chǎng)顯微大景深圖Fig.7 Depth of field of light field microscopy

        光場(chǎng)顯微鏡可以在一次短曝光時(shí)間內(nèi)即可獲得大景深動(dòng)態(tài)現(xiàn)象記錄,這是其他顯微鏡如共聚焦、雙光子等無(wú)法比擬的,因此光場(chǎng)顯微鏡適合觀察快速變化、大景深的目標(biāo)。

        遺憾的是,光場(chǎng)顯微鏡的大景深是以犧牲橫向分辨率為代價(jià)的,而這受制于微透鏡陣列密度和成像CCD分辨率。最近提出的波動(dòng)光學(xué)模型[44]可以較大程度地提高光場(chǎng)的橫向分辨率,但這依舊是今后的一個(gè)努力方向。由于光場(chǎng)顯微并沒(méi)有達(dá)到衍射極限,光場(chǎng)顯微向縱軸上引入雙透鏡陣列和雙像機(jī)[45]、獲取光場(chǎng)圖像的同時(shí)獲取常規(guī)圖像[46]或研究更有效果的重建算法[47]方向努力。

        隨著高分辨率、低噪聲、高速成像器件、高速計(jì)算手段與光場(chǎng)顯微鏡的系統(tǒng)完善,光場(chǎng)顯微鏡會(huì)得到更廣泛的發(fā)展。

        5 結(jié)論

        顯微鏡的大景深成像是隨著生命醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要提出的,在當(dāng)今生命科學(xué)迅速發(fā)展情況下,高橫向分辨率的顯微已顯得不夠,更多地需要進(jìn)行縱向分辨率的顯示,進(jìn)行三維立體顯示。當(dāng)傳統(tǒng)的顯微技術(shù)遇到此要求時(shí),產(chǎn)生了許多新穎的方法來(lái)增大系統(tǒng)的景深,產(chǎn)生了很多具有重大意義的技術(shù)。

        本文從生物顯微鏡近年發(fā)展的可大幅擴(kuò)展景深的技術(shù)出發(fā),綜合論述了其中的一些技術(shù),如光學(xué)切片掃描、波前編碼、空間光調(diào)制及光場(chǎng)技術(shù),對(duì)這些技術(shù)的主要處理手段、方式及目前能夠達(dá)到的景深拓展水平進(jìn)行了闡述,并就其技術(shù)的缺陷、研究方向進(jìn)行了歸納。大景深光學(xué)顯微系統(tǒng)是顯微鏡的發(fā)展趨勢(shì),目前并沒(méi)有一個(gè)完美的答案,需要涌現(xiàn)更多的具有創(chuàng)新意義的技術(shù)。隨著技術(shù)手段的不斷提高,在不久的將來(lái),我們會(huì)擁有景深更大、分辨率更高的顯微鏡。

        [1] Ortyn W E, Perry D J, Venkatachalam V, et al. Extended depth of field imaging for high speed cell analysis[J]. Cytometry Part A, 2007, 71(4): 215-231.

        [2] Nicolas O, Alexandre M B, Craig B A, et al. Two-photon microscopy with simultaneous standard and extended depth of field using a tunable acoustic gradient-index lens [J]. Optics Letters, 2009, 34(11): 1684-1686.

        [3] Pantazis M. Depth of field extension with spherical optics [J]. Optics Express, 2008, 16(7): 12995-13004.

        [4] Zhao T, Yu F. Point spread function analysis of a cubic phase wavefront coding system with a circular pupil [J]. Optics Express, 2012, 20(3): 2408-2419.

        [5] Zhang W, Ye Z, Zhao T, et al. Point spread function characteristics analysis of the wavefront coding system [J]. Optics Express, 2007, 15(4): 1543-1552.

        [6] Botcherby E J, Booth M J, Juskaitis R, et al. Real-time extended depth of field microscopy [J]. Optics Express, 2008, 16(26): 21843-21848.

        [7] Florian O F, Fabian F V, Benjamin S, et al. Rapid 3D light-sheet microscopy with a tunable lens [J]. Optics Express, 2013, 21(18): 21010-21026.

        [8] Pieper R J,Korpel A. Image-processing for extended depth of field [J]. Applied Optics, 1983, 22(10): 1449-1453.

        [9] Sugimoto S A, Ichioka Y. Digital composition of images with increased depth of focus considering depth information [J]. Applied Optics, 1985, 24(14): 2076-2080.

        [10] Widjanarko T, Hardieb R C. A post-processing technique for extending depth of focus in conventional optical microscopy [J]. Optics and Laser Technology, 2002, 34(4): 299-305.

        [11] Meneses J, Suarez M A, Braga J, et al. Extended depth of field using shapelet-based image analysis [J]. Applied Optics, 2008, 47(2): 169-178.

        [12] De I, Chanda B. A simple and efficient algorithm for multifocus image fusion using morphological wavelets [J]. Signal Processing, 2006, 86(5): 924-936.

        [13] Forster B, Ville D V D, Berent J, et al. Complex wavelets for extended depth-of-field: a new method for the fusion of multichannel microscopy images [J]. Microscopy Research and Technique, 2004, 65(1): 33-42.

        [14] Aguet F, De Van V D, Unser M. Model-based2.5-d deconvolution for extended depth of field in brightfield microscopy [J]. IEEE Trans. Image Process., 2008, 17(7): 1144-1153.

        [15] Liu S, Hua H. Extended depth-of-field microscopic imaging with a variable focus microscope objective [J]. Optics Express, 2011, 19(1): 353-362.

        [16] Giese J D, Ford T N, Mertz J. Fast volumetric phase-gradient imaging in thick samples [J]. Optics Express, 2014, 22(1): 1152-1162.

        [17] Dowski E R, Cathey W T. Extended depth of field through wave-front coding [J]. Applied Optics, 1995, 34(11): 1859-1866.

        [18] Tucker S C, Cathey W T, Dowski E R. Extended depth of field and aberration control for inexpensive digital microscope systems [J]. Optics Express, 1999, 4(11): 467-474.

        [19] Zhao H, Li Y. Optimized logarithmic phase masks used to generate defocus invariant modulation transfer function for wavefront coding system [J]. Optics Letters, 2010, 35(15): 2630-2631.

        [21] Carles G, Muyo G, Bosch S, et al. Use of a spatial light modulator as an adaptable phase mask for wavefront coding [J]. Journal of Modern Optics, 2010, 57(10): 893-900.

        [22] Yang Q, Liu L, Sun J. Optimized phase pupil masks for extended depth of field [J]. Optics Communications, 2007, 272(1): 56-66.

        [23] Zhou F, Ye R, Li G, et al. Optimized circularly symmetric phase mask to extend the depth of focus [J]. J. Opt. Soc. Am. A, 2009, 26(8): 1889-1895.

        [24] Zhao H, Li Y. Optimized sinusoidal phase mask to extend the depth of field of an incoherent imaging system [J]. Optics Letters, 2010, 35(2): 267-276.

        [25] Zhao T Y, Mauger T, Li G Q. Optimization of wavefront-coded infinitycorrected microscope systems with extended depth of field [J]. Optics Express, 2012, 20(3): 2408-2419.

        [26] Mo X. Optimized annular phase masks to extend depth of field [J]. Optics Letters, 2012, 37(11): 1808-1817.

        [27] Liu M, Dong L Q, Zhao Y J, et al. Stationary phase analysis of generalized cubic phase mask wavefront coding [J]. Optics Communications, 2013, 298-299: 67-74.

        [28] Carles G. Analysis of the cubic-phase wavefront-coding function: physical insight and selection of optimal coding strength [J]. Optics and Lasers in Engineering, 2012, 15(10):1377-1382.

        [29] Chen S, Fan Z, Xu Z, et al. Wavefront coding technique for controlling thermal defocus aberration in an infrared imaging system [J]. Optics Letters, 2011, 36(16): 3021-3023.

        [30] Pan C, Chen J, Zhang R, et al. Extension ratio of depth of fieldby wavefront coding method [J]. Optics Express, 2008, 16(17): 13364-13371.

        [31] Hell S W, Hhninen S W, Kuusisto A. Annular aperture two-photon excitation microscopy [J]. Optics Communications, 1995, 117: 22-24.

        [32] Song W,Lee J, Kwon H S. Enhancement of imaging depth of two-photon microscopy using pinholes: analytical simulation and Experiments [J]. Optics Express, 2012, 20(18): 20605-20622.

        [33] Dalgarno P A, Dalgarno H I C, Putoud A. Multiplane imaging and three dimensional nanoscale particle tracking in biological microscopy [J]. Optics Express, 2010, 18(2): 877-884.

        [34] Iemmi C. Depth of focus increase by multiplexing programmable diffractive lenses [J]. Optics Express, 2006, 14(22): 10207-10219.

        [35] Maurer C, Khan S, Fassl S, et al. Depth of field multiplexing in microscopy [J]. Optics Express, 2010, 18( 3): 3023-3034.

        [36] Lee M P, Gibson G M, Bowman R, et al. A multi-modal stereo microscope based on a spatial light modulator [J]. Optics Express, 2013, 21(4): 16541-16551.

        [37] Mcintyre T J, Maurer C, Bernet S, et al. Differential interference contrast imaging using a spatial light modulator [J]. Optics Letters, 2009, 34(19): 2988-2990.

        [38] Maurer C,Jesacher A, Bernet S, et al. Phase contrast microscopy with full numerical aperture illumination [J]. Optics Express, 2008, 16(24): 19821-19829.

        [39] Levoy M. Hanrahan P. Light field rendering [C]// Proc. SIGGRAPH. New York: ACM Press, 1996: 31-42.

        [40] Levoy M. Light fields and computer imaging [J]. IEEE Computer, 2006, 39(18): 46-55.

        [41] Ng R, Levoy M. Bredif M. Light field photography with a hand-held plenoptie camera [R]. Stanford: Stanford Computer Science Tech Report, 2005.

        [42] Levoy M, Ng R, Adams A. Light field microscopy [C]// Proc. SIGGRAPH. New York: ACM Press, 2006: 924-934.

        [43] Lim Y T, Park J H, Kwon K C,et al. Analysis on enhanced depth of field for integral imaging microscope [J]. Optics Express, 2012, 20(21): 23480-23488.

        [44] Broxton M, Grosenick L, Yang S, et al. Wave optics theory and 3-D deconvolution for the light field microscope [J]. Optics Express, 2013, 21(21): 25418-25439.

        [45] Favaro P. A split-sensor light field camera for extended depth of and superresolution [J]. SPIE, 2012, 8436(2): 1-9.

        [46] Lu C, Muenzel S, Fleischer J W. High-resolution light-field microscopy[J]. Computational Optical Sensing and Imaging, 2013, CTh3B(2): 23-27.

        [47] Ortyn W E, Perry D J, Venkatachalam V, et al. Extended depth of field imaging for high speed cell analysis [J]. Cytometry Part A, 2007, 71(4): 215-231.

        [48] Levoy M, Zhang Z, Mcdowell I. Recording and controlling the 4D light field in a microscope using microlens arrays [J]. Journal of Microscopy, 2009, 235(2): 144-162.

        猜你喜歡
        光場(chǎng)調(diào)制器景深
        一種結(jié)合物理模型和景深估算的圖像去霧算法
        利用新型光場(chǎng)顯微鏡高速記錄神經(jīng)元活動(dòng)和血流動(dòng)態(tài)變化
        科學(xué)(2020年5期)2020-01-05 07:03:12
        基于鎖相環(huán)技術(shù)的振蕩器穩(wěn)頻調(diào)制器仿真研究
        電子制作(2019年15期)2019-08-27 01:12:08
        壓縮混沌光場(chǎng)的量子統(tǒng)計(jì)性質(zhì)研究
        一種用數(shù)字集成電路FPGA實(shí)現(xiàn)的偽速率調(diào)制器
        集成光場(chǎng)三維顯示亮度均勻性校正方法
        D類功放中數(shù)字調(diào)制器的研究與實(shí)現(xiàn)
        瘋攝影
        攝影之友(2014年3期)2014-04-21 20:21:38
        IDT針對(duì)下一代無(wú)線通信推出低功耗IQ調(diào)制器
        簡(jiǎn)明FOTO詞典:景深
        国产精品嫩草99av在线| 亚洲国产免费公开在线视频| 性感人妻中文字幕在线| 女主播啪啪大秀免费观看| 国产精华液一区二区三区| 精品九九人人做人人爱| 中国老熟妇自拍hd发布| 一级片麻豆| 国产区高清在线一区二区三区| 久久久精品国产三级精品| 久久久久久人妻无码| 特黄特色的大片观看免费视频| 精品欧美一区二区在线观看| 亚洲一区丝袜美腿在线观看| 美女视频黄a视频全免费网站色| 国产精品久久久久久久久久红粉 | 91成人国产九色在线观看| 人人爽久久久噜人人看| 怡红院免费的全部视频| 欧美日本道免费二区三区| 日产精品一区二区在线| 久久精品中文字幕有码| 99久久99久久久精品齐齐| 成在人线av无码免观看麻豆| 成人国产在线观看高清不卡| 亚洲综合新区一区二区| 亚洲国产av自拍一区| 蜜桃久久精品成人无码av| 国产免费一级高清淫日本片| 日本高清一区二区在线观看| 少妇被按摩出高潮了一区二区| 国产乱人伦av在线a麻豆| 初尝黑人巨砲波多野结衣| 久久精品综合国产二区| 一区二区午夜视频在线观看| 天天做天天添av国产亚洲| 中国xxx农村性视频| 国产在线高清无码不卡| 日韩在线一区二区三区中文字幕| 国产精品极品美女自在线观看免费| 国产在线精品一区二区|