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摘要光学显微镜已经成为生物学和医学研究中必不可少的工具，是细胞学和细胞生物学得以建立和发展的重要基础。生物细胞相位分布对于细胞显微观察、结构信息的提取以及动力学行为研究十分重要。然而，由于大部分生物细胞对光波的低吸收作用，采用普通明场光学显微技术难以实现细胞的清晰成像。本课题拟设计并实现一种小型化定量相位显微成像仪，原理上采用基于光强传输方程的非干涉相位恢复方法，硬件上采用电控变焦透镜作为快速轴向扫描部件，软件上利用 C++实现基本算法与人机可视化界面。该系统最终可以与现有的传统显微镜系统相结合，赋予其快速实时、无标记定量相位成像的能力。 26722
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毕业论文关键词 光学显微镜 无标记 定量相位 C++
Title Miniature Quantitative Phase Imaging Microscope
Abstract
Optical microscope has become an essential tool in biological and medical
researches, and it is an important basis for the development of cytology and cell
biology. Phase distribution of cells is significant for micro-examination of
cells, extraction of structural information and researches in dynamic behavior.
However, it is difficult to get clear images by using ordinary bright-field optical
microscopy, because most biological cells have low absorption rate of light. This
project plans to design a miniature quantitative phase imaging microscope. The
principle of this microscope is non-interferometric quantitative phase retrieval
via transport-of-intensity equation. The hardware of this microscope uses an
electrically tunable lens to achieve fast axially scanning. The software which
is programmed by C ++ can implement basic algorithms and have visual human-computer
interface. Eventually, this system could be combined with traditional microscope
systems, and gives them rapid, real-time, label-free quantitative phase imaging capability.
Keywords optical microscope label-free quantitative phase C++
目 次
1 绪论 . 1
1.1 研究背景 . 1
1.2 国内外发展现状 . 1
1.3 研究目的及意义 . 2
1.4 本设计的研究内容 . 3
2 定量相位显微成像原理及系统简介 . 4
2.1 显微成像理论 . 4
2.2 显微镜照明系统及光学系统 . 8
3 软件编程 11
3.1 软件设计主体思路 12
3.2 软件的主框架设计以及各模块之间的关系 12
3.3 各子模块的主要功能简介 . 15
4 各显微模式简介及实验结果 . 21
4.1 明场显微模式 . 21
4.2 暗场显微模式 . 22
4.3 TIE 显微模式 . 24
结 论 . 31
致 谢 . 32
参 考 文 献 33
附录A： 归一化以及数据转化实现代码 35
附录B： TIE 算法实现代码 . 37
附录C： 论文发表以及专利申请情况 42
1 绪论
1.1 研究背景
“相位”是描述一个周期信号在特定时刻时波上某点位于该周期位置的一种标度，通常以
弧度（角度）作为单位，它是波场的内在特性。相对于相位而言，光波的振幅通常更容易被