具有時間反轉效應的實時數字全息成像理論及套用研究

《具有時間反轉效應的實時數字全息成像理論及套用研究》是依託電子科技大學,由張靜擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：具有時間反轉效應的實時數字全息成像理論及套用研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張靜

項目摘要

具有時間反轉效應的數字全息技術在生物醫學細胞的精確跟蹤、火箭尾焰及核爆模擬中的三維流場分布等高新領域都有廣泛的套用前景。本項目提出一種新的方法，將時間反轉理論與同步多路相移數字全息技術相結合，實現運動物體的精確定位與跟蹤。研究內容包括：(1) 基於對相移數字全息基礎理論的研究，提出同步多路相移數字全息方法，通過多幀圖像的同步採集，運用菲涅爾衍射和傅立葉光學原理實時重構物體的清晰三維圖像；(2) 運用電相位共軛技術實現時間反轉，在非均勻散射介質中沿光學傳輸路徑反向追溯到被標記的病理細胞，引用高功率雷射對其進行生物光學治療。項目探索數字相移全息、電相位共軛等新穎理論與技術的綜合套用，既有重要的理論意義，又能對生物醫學、航空航天等民用、軍事領域的前沿突破提供強有力的技術支撐。

結題摘要

針對生物醫學中細胞的精確跟蹤與診療問題，採用數字全息技術機理，提出一種新的將時間反轉理論與單次相移數字全息技術相結合的方法，利用電相位共軛技術與波陣面後向補償技術，進行運動物體的精確定位與跟蹤研究。研究內容包括：1.基於對相移數字全息基礎理論的研究，提出單次相移數字全息方法，通過多幀圖像的同步採集，運用菲涅爾衍射原理和傅立葉光學原理實時重構物體的清晰三維圖像。2.運用電相位共軛技術實現時間反轉，在不均勻散射介質中沿全息傳輸路徑反向追溯到已定位的病理細胞。3.研究波陣面後向補償技術，利用電荷耦合器件記錄全息圖像，採用相干圖像方法對相移進行補償，使重構圖像更清晰，定位更精確。項目著眼於數字相移全息技術、電相位共軛技術、光波後向補償技術等創新理論的結合與方法研究，具有重要的理論意義，同時，緊密結合生物醫學細胞探測與診療的難點問題，具有良好的套用前景。 本項目在資助期間，完成了具有時間反轉效應的實時數字全息成像理論及基礎研究，通過時間反轉法的理論分析證明，時間反轉法源於光學中的相位共軛法，主要是為了克服光學介質不均勻引起的成像畸變，時間反轉法最主要的優點就是不需要介質性質先驗知識，可自適應聚焦成像，滿足實時系統的要求。利用白光干涉原理保證了四個光學距離誤差，搭建了適用於螢光成像的同步多路相移全息系統。根據基於計算GRA和疊代的相移誤差計算方法，用軟體的方法克硬體補償的難度。圖像的重構、誤差的補償及圖像的最佳化都在軟體中可以實現，大量同步多幀圖像的採集提升了圖像的質量。最終加入空間光調製器完成時間反轉理論實驗，相同的物體和CCD參數情況下最短距離縮短到11.2mm並且深度解析度能夠提升到1.4um。採用方案利用脈衝本地振盪器去限制CCD的記錄過程對螢光反射的進行了相干驗證。