《基於顯微視覺的微納米尺度三維動態形貌觀測》是依託東北大學，由魏陽傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於顯微視覺的微納米尺度三維動態形貌觀測
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：魏陽傑
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
微納米尺度的直觀、高解析度三維靜/動態觀測是當前微納米科技面臨的挑戰性問題。由於具有直觀、實時、無損傷等優點，顯微光學成像已廣泛用於微觀尺度二維觀測，但衍射和解析度等問題的存在使得其尚無法套用於微納米尺度的三維觀測套用中。針對此問題，本申請將基於顯微光學成像機理，研究微景深條件下的光學成像離焦與衍射模糊測度建模方法；研究圖像模糊測度與景物深度的關係，提出基於模糊測度的深度信息反解與三維重構方法；研究基於擴射模糊增強模型的深度靈敏性提升方法，並開展反解算法最佳化研究，以達到微納米尺度下基於模糊測度的景物三維形貌重構。此外，本研究將以標準樣品（納米柵格等）為觀測對象，開展相關實驗研究，實現50-100納米精度的景物三維重構，並在此基礎上，實現基於序列圖像的形貌變化三維動態恢復。本研究將為微納米科技研究提供一種新的、有效的三維觀測方法，對促進微納米觀測技術和相關領域科技的發展具有重要意義。
結題摘要
微納米尺度下直觀、高解析度三維靜/動態觀測是當前微納米科技面臨的挑戰性問題。由於顯微光學成像具有直觀、實時、無損傷等優點，光學顯微鏡一直都是實現精確二維觀測的主要手段。但是，傳統的光學顯微鏡以及改進的混合光學顯微鏡都遵循幾何光學成像原理，由於光學衍射的影響，當前的光學顯微鏡均存在解析度的“阿貝極限”：小於200 納米的物體不能被清晰成像。正因如此，微納米尺度下的光學成像及觀測技術一直沒有取得突破性進展。針對此問題，本項目通過深入探索微納米尺度下基於光學顯微系統的高精度動態三維視覺觀測問題，提出了微觀光學顯微系統中光學衍射模糊測度與建模方法、基於模糊測度的深度信息反解與三維重構方法、基於擴散模糊增強模型的靈敏度提升機理和方法。在此基礎上，開展了相應的深度反解最佳化算法研究和實驗研究。項目實現了基於光學菲涅爾衍射模糊測度的景物三維形貌動態重構、基於離焦/衍射模糊的動態精準定位，為微納米科學技術研究提供一種有效的高精度三維視覺動態觀測方法。最後，本項目的研究成果均已經得到了充分的實驗驗證：納米柵格形貌恢復實驗和原子力顯微鏡的懸臂樑形變恢復實驗驗證了本項目提出的靜態固定成像波長時形貌恢複方法，三維恢復精度最高可以達到100納米；微透鏡的三維形貌重建實驗驗證了基於光學菲涅爾衍射的微納米尺度模糊測度模型，所獲得的橫切面誤差最小為70納米。同時，為了提高深度重建算法的靈敏性和精度，本項目提出了一種全局散射模糊深度獲取方法，以達到小透鏡情況下提高深度獲取方法精度和靈敏度的目的。本研究的研究成果為微納米科技研究提供了一種新的、有效的三維觀測方法，對促進微納米觀測技術和相關生物、醫學等領域科技的發展具有重要意義。
