论文题目: 内窥式共焦扫描显微成像的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 通信与信息系统
作者: 葛华勇
关键词: 内窥式共焦显微术,高分辨率,三维成像,点扩展函数,半高宽,相干传递函数,数值模拟,最佳针孔半径,边缘增强,二波耦合
文献来源: 上海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 共焦显微术由于其具有高分辨率和独特的三维成像能力等优点,而广泛应用于生命科学领域,但是它对体内组织细胞的在体(in vivo)成像却无能为力。为解决这个问题,提出了内窥式共焦显微术,它是将共焦显微术和光纤技术结合起来的新技术,既具有共焦显微术的独特优点,同时克服了它不能进行在体成像的缺点,具有广泛的临床应用价值,因而近年来成为光学显微术研究的热点。 有关共焦显微术的理论目前已经比较成熟,然而对内窥式共焦显微术的成像理论还未深入开展,关于光学系统参数对成像质量的影响仍缺乏比较完整的分析。鉴于此,建立内窥式共焦扫描显微术的成像理论和分析系统的光学参数对成像质量的影响将是本文在理论方面的主要工作。 目前,国外已有关于内窥式共焦扫描显微成像的实验报导,但其成像质量较差,尚需进一步的改进。为此作者运用理论分析和数值模拟结果,合理设计内窥式共焦扫描显微系统,并进行相关的试验研究与讨论。 本文的主要研究成果包括: 1.建立了内窥式共焦显微系统的光路模型;并基于光波导理论和标量衍射理论,推导出内窥式共焦扫描显微系统的成像公式。该研究成果为系统的设计奠定了理论基础。 2.推演出系统的相干传递函数,并模拟光纤纤芯半径对轴向分辨率的影响。结果表明:(1)系统属相干成像,并可用相干传递函数来描述其成像过程;(2)光纤纤芯半径对系统成像有明显影响:系统轴向响应半高宽随纤芯归一化半径A的增加而增加,即轴向分辨率随A的增加而减小。 3.基于共焦显微成像理论,对共焦针孔半径、物镜的数值孔径和光瞳函数对成像强度和分辨率的影响分别进行数值模拟。根据计算结果,本文提出了最佳针孔归一化半径v_d=3和轴向分辨率的优化方法,为系统的合理设计提供了理论依据。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 共焦扫描显微术
1.2.1 LCSM的成像原理
1.2.2 LCSM的优点
1.2.3 LCSM在生命科学中的应用
1.2.4 LCSM的研究进展
1.3 内窥式共焦显微术：课题研究背景和国内外研究现状
1.4 本文的主要研究工作
1.5 论文的框架
第二章 共焦扫描显微成像理论
2.1 引言
2.2 点探测器共焦扫描显微成像理论
2.2.1 成像公式
2.2.1.1 系统的光路模型
2.2.1.2 成像公式的推导
2.2.2 相干传递函数
2.2.3 系统的积分光强
2.3 有限大小探测器共焦成像理论
2.3.1 强度点扩展函数
2.3.2 交叉传递系数
2.4 内窥式共焦扫描显微成像理论
2.4.1 成像公式
2.4.2 相干传递函数
2.5 小结
第三章 光学系统参数对成像的影响
3.1 引言
3.2 针孔对成像的影响
3.2.1 针孔尺寸对成像的影响
3.2.1.1 针孔尺寸对横向分辨率的影响
3.2.1.2 针孔尺寸对轴向分辨率的影响
3.2.2 针孔错位对成像的影响
3.2.2.1 针孔的横向错位对成像的影响
3.2.2.2 针孔的轴向错位对成像的影响
3.3 物镜对成像的影响
3.3.1 数值孔径对成像的影响
3.3.2 光瞳函数对成像的影响
3.3.2.1 光瞳函数对横向分辨率的影响
3.3.2.2 光瞳函数对轴向分辨率的影响
3.3.3 轴向分辨率的优化
3.4 光纤对成像的影响
3.5 球差对成像的影响
3.6 小结
第四章 实验系统的设计
4.1 内窥式共焦扫描显微系统
4.2 主要器件的选择
4.2.1 相干光源
4.2.2 光电转换模块
4.2.2.1 探测信号的估算
4.2.2.2 光电转换模块的选择
4.2.3 自聚焦透镜
4.3 扫描方式的确立
4.3.1 横向扫描方式
4.3.1.1 目标扫描方式
4.3.1.2 声光晶体扫描方式
4.3.1.3 振镜扫描方式
4.3.1.4 Nipkow盘扫描方式
4.3.2 轴向扫描方式
4.3.2.1 利用不同激光波长进行扫描方式
4.3.2.2 压电陶瓷扫描
4.4 光束耦合的讨论
4.4.1 光斑尺寸的匹配
4.4.2 数值孔径的匹配
4.4.3 光纤与束腰间的偏移对耦合效率的影响
4.5 本章小结
第五章 实验系统的构建与实验结果的讨论
5.1 实验系统的构建
5.2 实验结果
5.2.1 不同针孔半径时系统的轴向响应
5.2.2 不同光瞳函数时系统的轴向分辨率
5.2.3 对鉴别率板的成像
5.3 实验讨论
5.4 本章小结
第六章显微图像的处理
6.1 引一言
6.2 常用图像恢复算法
6.3 去卷积方法
6.4 边缘增强
6.4.1 二波祸合理论
6.4.2 边缘增强的光学系统
6.4.3 在相关分析中的应用
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 本文的主要研究成果
7.2 对后续工作的改进意见
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
发布时间: 2005-09-16
参考文献
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