《高保真大景深實時3D顯微成像研究》是依託安徽工業大學，由莫緒濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高保真大景深實時3D顯微成像研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：莫緒濤
- 依託單位：安徽工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
波前編碼大景深顯微成像將光學設計和圖像復原有機結合，單次曝光即可解決顯微系統景深過小問題，同時保持成像解析度。目前在相位模板設計、最佳化方法、圖像復原算法、系統特性研究以及套用等方面取得了研究成果。但仍存在著不足之處：系統最終圖像存在失真現象；研究多採用近軸成像理論近似系統全視場特性；成像時因物體深度信息丟失無法得到物體的3D圖像。本項目針對上述問題，採用非旋轉對稱相位模板作為波前編碼元件，研究波前編碼顯微成像系統的全視場成像理論，分析系統最終所得全視場圖像失真的影響因素以及圖像失真的規律和特點，並採用微透鏡陣列和雙光路相位傳遞函式補償方案，實現全視場高保真成像目的。此外，引入立體視覺理論，利用波前編碼顯微成像系統所得2D圖像獲取目標物體的3D空間位置信息。最終搭建高保真的大視場大景深實時3D遠場顯微成像系統，為在生物醫學、材料科學、工業檢測等領域的廣泛套用奠定基礎。
結題摘要
波前編碼成像技術可以套用於顯微成像、機器視覺中，增大成像系統的景深，以便單次曝光即可得到更多軸向空間的物體信息，同時保持較高的成像解析度。由於非旋轉對稱相位模板具有景深延拓倍數大的優點，經常被用於波前編碼大景深成像系統。本項目以經典的立方相位板CPM作為研究對象，主要解決了兩個關鍵問題：1、影響波前編碼成像系統最終圖像質量的圖像失真問題，即最終圖像中存在的偽影和圖像偏移問題；2、傳統的波前編碼成像系統成像時，物體的深度信息丟失從而無法獲得物體的3D圖像。我們首先明確了圖像偽影和圖像偏移產生的原因——成像和復原時採用的OTF差異導致，更準確說是PTF的差異導致；針對產生的原因，首次提出了共軛雙光路頻域處理方案，消除PTF差異導致的圖像失真問題，仿真和實驗均證明了方案的有效性。通過雙光路或者CPM180度旋轉得到兩幅互補圖像；然後，對得到的圖像進行頻域除運算後提取PTF；接著，將某一圖像的PTF影響去除後經過逆傅立葉變換得到最終圖像。本方案相較之前的方案有以下三個優點：1、不需要測量系統的PSF或者OTF。傳統的波前編碼成像系統進行圖像復原時，一般基於聚焦位置處的PSF進行直接逆濾波或者維納濾波，而本文方案可以省去此測量，減少了誤差產生的來源；2、本方案通過兩互補圖像處理已經去除了PTF影響，僅保留了EDOF優秀的MTF成分，從而保證了圖像中各頻率成分不發生因PM引入而導致的圖像偏移，有助於對目標物體進行準確定位，同時也可以減輕傳統的圖像復原方案中因為實際PTF和復原採用PTF差異等導致的圖像畸變等問題；3、可以用於實時彩色大景深成像。ZEMAX數值仿真和實驗均證明本方法的可行性。為了獲得物體的深度信息，我們引入光片顯微成像方案，從而實現物體的3D信息的獲取。構建了高保真的大景深3D遠場顯微成像系統，為在生物醫學、材料科學、工業檢測等領域的廣泛套用奠定基礎。本課題研究成果有助於擴大波前編碼成像系統的使用。
