大视场线扫描共聚焦全息显微成像

纵浩天; 张运海; 王发民; 缪新

doi:10.37188/OPE.20212901.0001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

大视场线扫描共聚焦全息显微成像

现代应用光学 | 更新时间：2021-02-04

- 大视场线扫描共聚焦全息显微成像
- Large field of view line-scanning confocal holographic microscopy
- 光学精密工程 2021年29卷第1期页码：1-9
- 作者机构：
  
  1.中国科学技术大学生物医学工程学院，安徽合肥 230026
  2.中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医学光学重点实验室，江苏苏州 215163
- 作者简介：
  
  [ "纵浩天（1996-），男，安徽宿州人，硕士研究生，2014年于安徽大学获得学士学位，主要从事数字全息成像方面的研究。Email：zht12138@mail.ustc.edu.cn" ]
  [ "张运海（1975-），男，湖北襄阳人，教授，研究员，博士生导师， 1998年、2006年于南京航空航天大学分别获得学士、博士学位，现为江苏省医用光学重点实验室副主任，主要从事激光扫描共聚焦成像、超分辨显微光学方面的研究。Email：zhangyh@sibet.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2017YFC0110303);江苏省国际合作项目(BZ2020004);济南市“高校20条”资助项目(2018GXRC018);山东省自然科学基金资助项目(ZR2019BF012)
- DOI：10.37188/OPE.20212901.0001
  中图分类号： O426.1;O438.1
- 收稿日期：2020-08-28，
  
  修回日期：2020-10-21，
  
  纸质出版日期：2021-01-15
- 稿件说明：
移动端阅览
纵浩天,张运海,王发民等.大视场线扫描共聚焦全息显微成像[J].光学精密工程,2021,29(01):1-9.

ZONG Hao-tian,ZHANG Yun-hai,WANG Fa-min,et al.Large field of view line-scanning confocal holographic microscopy[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(01):1-9.
纵浩天,张运海,王发民等.大视场线扫描共聚焦全息显微成像[J].光学精密工程,2021,29(01):1-9. DOI： 10.37188/OPE.20212901.0001.

ZONG Hao-tian,ZHANG Yun-hai,WANG Fa-min,et al.Large field of view line-scanning confocal holographic microscopy[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(01):1-9. DOI： 10.37188/OPE.20212901.0001.

摘要

传统显微成像一般记录样本的强度信息，对于半透明或相位组织成像对比度较差。为实现相位组织非荧光标记成像，采用线扫描共聚焦全息成像方法，在线扫描共聚焦成像的基础上增加一路参考光，在共聚焦狭缝处形成离轴像面数字全息，通过控制样本的移动实现对样本的扫描，将获得的干涉线合成为二维全息图，通过频域滤波的方式获得振幅与相位分布，采用相邻剖面相似的特性校正环境振动引起的相位横纹，并且通过多区域扫描拼接实现大视场全息成像。对USAF1951分辨率板进行线扫描共聚焦全息成像，采用抖动校正算法，使本实验重建相位图中的抖动横纹降低了84.7%，获取3个子区域图，通过图像拼接达到1 160 μm×1 043 μm的成像视场，扫描更多的子区域可以获取更大的视场，并且对洋葱表皮细胞实现共聚焦相位成像。实验结果表明了该线扫描共聚焦全息成像方法可以实现对半透明样本的大视场相位成像，为相关仪器研制提供了指导与依据。

Abstract

Traditional microscopic imaging generally records the intensity information of a sample， but the contrast is poor for translucent or phase tissue. To realize phase tissue non-fluorescence labeling imaging， a line-scanning confocal holographic imaging method was adopted. In line-scanning confocal imaging， a reference light was added to form off-axis image plane digital holography at the confocal slit. The sample was scanned by controlling the movement of the sample. The interference lines obtained were combined to form a two-dimensional hologram， and the distribution of amplitude and phase was obtained by filtering in the frequency domain. The phase striation caused by environmental vibration was rectified using the characteristics of adjacent sections， and large field-of-view holographic imaging was realized by multi-area scanning and splicing. A USAF1951 resolution plate was imaged by line scanning confocal holography， and a jitter correction algorithm was used to reduce the jitter stripes in the reconstructed phase map by 84.7% to obtain three sub-area maps. An imaging field of 1 160 μm × 1 043 μm was achieved by splicing； scanning more sub-regions can help in obtaining a larger field of view and in realizing confocal phase imaging of onion epidermal cells. The experimental results show that the line-scanning confocal holographic imaging method can realize large-field phase imaging of translucent samples and provide guidance and a basis for the development of related instruments.

关键词

Keywords

references

ZERNIKE F . How I discovered phase contrast ［J］. Science ， 1955 ， 121 （ 3141 ）： 345 - 349 .

BURCH C R ， STOCK J P . Phase-contrast microscopy ［J］. Journal of Scientific Instruments ， 1942 ， 19 （ 5 ）： 71 - 75 .

李建素，党长营 . 预放大数字全息系统记录距离的设计［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 4 ）： 784 - 794 .

LI J S ， DANG CH Y . Design of recording distance in pre-magnification digital holography ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2019 ， 27 （ 4 ）： 784 - 794 . （in Chinese）

LUO Z P ， MA J S ， SU P ， et al . . Digital holographic phase imaging based on phase iteratively enhanced compressive sensing ［J］. Optics Letters ， 2019 ， 44 （ 6 ）： 1395 - 1398 .

张璐，汤其剑，邓定南，等 . 基于光强传输方程的双相机动态相位成像的视场校正［J］. 中国激光， 2019 ， 46 （ 8 ）： 164 - 169 .

ZHANG L ， TANG Q J ， DENG D N ， et al . . Field-of-view correction for dual-camera dynamic phase imaging based on transport of intensity equation ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2019 ， 46 （ 8 ）： 164 - 169 . （in Chinese）

KIM M K . Wide area quantitative phase microscopy by spatial phase scanning digital holography ［J］. Optics Letters ， 2020 ， 45 （ 3 ）： 784 - 786 .

CHENG H ， DENG H L ， SHEN CH ， et al . . Phase retrieval based on transport of intensity equation and image interpolation ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2018 ， 47 （ 10 ）： 1026003 .

范瑶，陈钱，孙佳嵩，等 . 差分相衬显微成像技术发展综述［J］. 红外与激光工程， 2019 ， 48 （ 6 ）： 0603014 .

FAN Y ， CHEN Q ， SUN J S ， et al . . Review of the development of differential phase contrast microscopy ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2019 ， 48 （ 6 ）： 0603014 . （in Chinese）

李通，赵巨峰，毛海锋，等 . 基于角度照明优化的傅里叶叠层显微成像方法［J］. 激光与光电子学进展， 2020 ， 57 （ 8 ）： 276 - 285 .

LI T ， ZHAO J F ， MAO H F ， et al . . An efficient Fourier ptychographic microscopy imaging method based on angle illumination optimization ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2020 ， 57 （ 8 ）： 276 - 285 . （in Chinese）

SUN M L ， CHEN X ， ZHU Y Q ， et al . . Neural network model combined with pupil recovery for Fourier ptychographic microscopy ［J］. Optics Express ， 2019 ， 27 （ 17 ）： 24161 - 24174 .

CLAVEAU R ， MANESCU P ， ELMI M ， et al . . Digital refocusing and extended depth of field reconstruction in Fourier ptychographic microscopy ［J］. Biomedical Optics Express ， 2020 ， 11 （ 1 ）： 215 - 226 .

张运海，杨皓旻，孔晨晖 . 激光扫描共聚焦光谱成像系统［J］. 光学精密工程， 2014 ， 22 （ 6 ）： 1446 - 1453 .

ZHANG Y H ， YANG H M ， KONG CH H . Spectral imaging system on laser scanning confocal microscopy ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2014 ， 22 （ 6 ）： 1446 - 1453 . （in Chinese）

缪新，张运海，黄维 . 皮肤反射式共聚焦显微成像自适应图像亮度调节［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 6 ）： 1270 - 1276 .

MIAO X ， ZHANG Y H ， HUANG W . Image brightness adaptive adjustment during skin imaging by reflectance confocal microscopy ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2019 ， 27 （ 6 ）： 1270 - 1276 . （in Chinese）

叶寒，翁祖昕，张运海，等 . 修正边界区域误差的共聚焦显微成像粗糙度测量［J］. 激光与光电子学进展， 2020 ， 57 （ 21 ）： 211203 .

YE H ， WENG Z X ， ZHANG Y H ， et al . . Surface roughness measurement using laser confocal microscope with boundary area correction ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2020 ， 57 （ 21 ）： 211203 . （in Chinese）

CORLE T R ， KINO G S . Introduction ［M］// Confocal Scanning Optical Microscopy and Related Imaging Systems . Amsterdam ： Elsevier ， 1996 ： 1 - 66 .

冯方，田爱玲，刘丙才，等 . 基于数字全息扫描成像的划痕缺陷全场三维测试［J］. 中国激光， 2020 ， 47 （ 4 ）： 261 - 268 .

FENG F ， TIAN A L ， LIU B C ， et al . . Full-field three-dimensional test for scratch defects using digital holographic scanning imaging system ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2020 ， 47 （ 4 ）： 261 - 268 . （in Chinese）

WITTKOPP J M ， KHOO T C ， CARNEY S ， et al . . Comparative phase imaging of live cells by digital holographic microscopy and transport of intensity equation methods ［J］. Optics Express ， 2020 ， 28 （ 5 ）： 6123 - 6133 .

肖文，李解，潘锋，等 . 基于USENet实现数字全息细胞再现相位像超分辨重构［J］. 光子学报， 2020 ， 49 （ 6 ）： 179 - 190 .

XIAO W ， LI J ， PAN F ， et al . . Super-resolution in digital holographic phase cell image based on USENet ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2020 ， 49 （ 6 ）： 179 - 190 . （in Chinese）

HERRING R . A.Confocal scanning LASER holography and associated microscope ［J］. Optik ， 1997 ， 105 ： 65 - 68 .

HERRING R A ， JACQUEMIN P ， SAWICKA B D ， et al . . Developing a confocal acoustic holography microscope for non-invasive 3D temperature and composition measurements ［J］. Ultramicroscopy ， 2009 ， 109 （ 7 ）： 830 - 836 .

GOY A S ， PSALTIS D . Digital confocal microscope ［J］. Optics Express ， 2012 ， 20 （ 20 ）： 22720 .

GOY A S ， UNSER M ， PSALTIS D . Multiple contrast metrics from the measurements of a digital confocal microscope ［J］. Biomedical Optics Express ， 2013 ， 4 （ 7 ）： 1091 - 1103 .

SCHNELL M ， PEREZ-ROLDAN M J ， CARNEY P S ， et al . . Quantitative confocal phase imaging by synthetic optical holography ［J］. Optics Express ， 2014 ， 22 （ 12 ）： 15267 - 15276 .

LIU C G ， KNITTER S ， CONG Z L ， et al . . High-speed line-field confocal holographic microscope for quantitative phase imaging ［J］. Optics Express ， 2016 ， 24 （ 9 ）： 9251 - 9265 .

赵家旺，张运海，王发民，等 . 线扫描虚拟结构调制共聚焦显微成像［J］. 中国光学， 2020 ， 13 （ 6 ）： 1 - 9 .

ZHAO J W ， ZHANG Y H ， WANG F M ， et al . Line-scanning confocal microscopy through virtual structured modulation ［J］. Chinese Optics ， 2020 ， 13 （ 6 ）： 1 - 9 . （in Chinese）

钱晓凡，饶帆，李兴华，等 . 精确最小二乘相位解包裹算法［J］. 中国激光， 2012 ， 39 （ 2 ）： 0209001 .

QIAN X F ， RAO F ， LI X H ， et al . . Accurate least-squares phase unwrapping algorithm ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2012 ， 39 （ 2 ）： 0209001 . （in Chinese）

浏览量

807

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于多位姿标靶的激光跟踪姿态测量系统参数标定

共路剪切数字全息自参考聚焦显微成像

大口径爆炸激波管出口冲击波流场图像测量

利用频谱相位最大值自适应定位全息正一级频谱

大视场远距离视觉测量系统的分步标定