术这一全新的理念也随之产生。

1。2 国内外研究现状

1。3 研究目的及意义

FPM 技术是一次光学显微成像技术的革新，可以同时实现大视场和高分辨兼顾，但相比 常规扫描显微系统又有着成本较低，操作便易等优点，因而有着广泛的应用前景。“无标记、 高分辨、大视场”将为生命科学提供高分辨率、高灵敏、便利的无标记成像手段，为药物开发、 医学诊断、细胞生物学以及病理学研究等提供了强有力的方法。而“操作简便、成本低廉”将 能 够大 大降 低 医疗 检测 的门 槛， 为资 源 条件 有限 的地 区 提供 快捷 、 廉价 的即 时 诊断

（point-of-care test，POCT）工具。

随着研究的不断深入，FPM 技术本身也将向着简单、有效、高速和超高分辨率的方向发 展，配套地在理论算法上也需要朝着更加高效、快速的方向发展，以及在硬件上需要更加小型 化、高速化发展。但是如果我们仍然采用常规的光学成像系统设计理念，将很难满足这些具 有挑战性的需求，因此，迫切地需要引入新概念、新理论、新体制，从而实现对显微成像技 术与系统的性创新。FPM 显微成像技术将有望实现新一代大视场、高分辨、操作简便化、 成本低廉化的显微成像系统，在未来的生命科学等领域上将展现出巨大的潜力。

1。4 研究内容

本设计总共分为四章内容进行叙述： 第一章是绪论部分，也就是本章节。主要介绍了研究背景、国内外研究现状、研究目的及

意义以及研究内容。

第二章是 FPM 显微成像原理及系统简介。主要介绍了基于迭代相位恢复算法的定量相位 显微成像理论以及 FPM 显微成像的基本原理；本章节还简述了本设计的光学硬件系统部分， 其中主要描述了 FPM 显微成像系统的硬件电路、可编程 LED 阵列照明系统的设计以及 1951 USAF 分辨力测试板的指标。

第三章介绍了本设计实现的三种 FPM 显微成像方法（单态 FPM 方法、多态复用的 FPM 方法、基于差异图的 FPM 方法），详细描述了三种 FPM 显微成像方法的原理、仿真和实验的 实现以及误差和结果的比较。

第四章主要介绍的是软件编程。首先对软件编程方面进行了简述，主要介绍了 MATLAB 的图像处理功能和用户图形界面。其次，叙述了软件的主体思路以及功能实现，并通过软件编 程举例分析了三种 FPM 方法的噪声性能。

其中第三章以及第四章是本设计的主要成果：1）三种 FPM 方法的仿真和实验实现；2） 三种 FPM 方法的误差和性能分析；3）软件设计模块化，软件可视化编程；4）软件人机交互 性好，实现各显微模式快速切换、定量显示结果，便于分析；

2 FPM 显微成像原理及系统简介

2。1 FPM 显微成像原理

2。1。1 基于迭代相位恢复算法的定量相位显微成像理论

信息时代的飞速发展使得计算机的数据处理能力日益增强，这就让通过数字图像处理技术 来弥补传统显微成像系统中存在的局限性成为了可能，在现代成像系统中，我们一方面要考虑 前端光学系统的结构设计，另一方面也要考虑到后端的图像处理和图像重构技术，这一理论被 称为计算显微成像理论。在计算显微成像过程中，前端光学系统与后端数据处理不再是相互 独立的过程，二者相辅相成，构成一种新型的混合光学—数字计算成像系统。定量相位显微 成像理论就是其中的一种。

“相位测量”或者“定量相位成像”一般是通过将两束相干光在空间上进行叠加，然后不 可见的相位就可以被转换为可见的干涉条纹，从而就可以被传统成像器件所记录下来。我们通 过对条纹进行分析，可以从干涉图中求解出相位。传统干涉相位的测量过程如图 2。1 所示。