發(fā)布時(shí)間：2020-11-21 10:03

　　 血液是人體中一種維持生命的液體,而血紅細(xì)胞則是人體血液的重要組成部分,血紅細(xì)胞的異常通常都伴隨著疾病的產(chǎn)生,因此血紅細(xì)胞的研究對(duì)于臨床醫(yī)學(xué)中疾病的診斷具有重要意義。而單個(gè)的生物細(xì)胞往往可以被認(rèn)為是單純的相位物體,光束通過后,通常只有光波的相位發(fā)生了變化,振幅和波長(zhǎng)不會(huì)發(fā)生很大改變,而顯微鏡只能觀察到物體亮度的改變和顏色的變化,即只能區(qū)分光波的振幅和波長(zhǎng),無法區(qū)分相位的變化,因此通過普通的光學(xué)顯微鏡無法觀察清楚相位型物體的細(xì)微結(jié)構(gòu)。將螺旋相位板置于顯微鏡中制成螺旋相位濾波器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于血紅細(xì)胞的觀察,細(xì)胞的邊緣輪廓由于存在相位梯度從而可以將生物細(xì)胞從背景中分離出來,出現(xiàn)了等向邊緣增強(qiáng)的效果。為了可以得到更加立體的細(xì)胞圖片,更好地觀察細(xì)胞的形態(tài),我們可以對(duì)螺旋相位板進(jìn)行合適的改造從而可以打破它的對(duì)稱性,這樣對(duì)立的兩端實(shí)現(xiàn)的邊緣增強(qiáng)效果不一樣,就會(huì)對(duì)樣本觀察產(chǎn)生浮雕陰影效果,產(chǎn)生立體圖像。本文主要工作對(duì)基于螺旋相位板的螺旋相位空間濾波器實(shí)現(xiàn)邊緣增強(qiáng)效果與浮雕陰影效果的原理進(jìn)行理論化分析與并進(jìn)行仿真,根據(jù)輸出圖像與輸入圖像的關(guān)系,建立血紅細(xì)胞各個(gè)參量之間的聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)對(duì)于血紅細(xì)胞各個(gè)參數(shù)之間的定量檢測(cè),同時(shí)在光學(xué)平臺(tái)上搭建光路進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀察螺旋相位濾波器的圖像增強(qiáng)效果,同時(shí)采用實(shí)驗(yàn)獲得的圖像,實(shí)現(xiàn)從輸出圖像推導(dǎo)出輸入圖像的過程,并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。本文的主要工作如下:(1)理論分析螺旋相位濾波器以及拉蓋爾-高斯濾波器對(duì)于相位型物體的圖像邊緣增強(qiáng)原理,介紹兩種樣本觀察時(shí)產(chǎn)生浮雕陰影效果的方法并進(jìn)行理論分析以及仿真證明。(2)介紹叉狀光柵的制作原理,推導(dǎo)出叉狀光柵的透射函數(shù)以及叉狀光柵實(shí)現(xiàn)?1級(jí)圖像邊緣增強(qiáng)方法與仿真。(3)理論推導(dǎo)4f系統(tǒng)中,輸出圖像光強(qiáng)與輸入圖像之間的關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于血紅細(xì)胞的定量相位的研究,搭建基于4f系統(tǒng)的螺旋相位濾波顯微系統(tǒng),并對(duì)人體血紅細(xì)胞進(jìn)行觀察,驗(yàn)證之前的理論,同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)圖像實(shí)現(xiàn)對(duì)于血紅細(xì)胞高度的實(shí)驗(yàn)仿真。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R446.1;TP391.41
【部分圖文】：

以經(jīng)常遇見這種情況的出現(xiàn)，例如大氣中會(huì)出現(xiàn)的龍卷風(fēng)、江面上出、劃船時(shí)船槳產(chǎn)生的旋渦等；也有很多容易被我們忽視掉的小漩渦的當(dāng)物體在流體中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體邊界層中的小渦，以及湍流中的隨為一種典型的物理現(xiàn)象，在各種經(jīng)典的物理體系當(dāng)中也不乏渦旋的身我們可以利用渦旋來產(chǎn)生在氦超流體[53][54][55][56]，而宇宙學(xué)中最有影響說-大爆炸宇宙論也出現(xiàn)有渦旋的身影。漩渦現(xiàn)象在光學(xué)中的物理表現(xiàn)的螺旋形相位波前，光束沿著傳播軸上的一條直線呈螺旋狀向前進(jìn)行有這種特殊的傳播形式的光束，我們稱作為光學(xué)渦旋[21]。物理學(xué)理論中，我們認(rèn)為光是具有波粒二象性的，它具有電磁波的宏含有波長(zhǎng)( )，頻率( )，相位( )以及偏振態(tài)( )信息，同時(shí)也具有粒性，包含有自旋角動(dòng)量(S)，軌道角動(dòng)量(L)，動(dòng)量(P)，能量(E)信息。產(chǎn)生，人們對(duì)于光的了解也越來越深入。在 1992 年的時(shí)候，光子的軌一物理量被荷蘭科學(xué)家 Allen 首次發(fā)現(xiàn)，并且他也從理論上證明光子所角動(dòng)量的存在。1 為光學(xué)渦旋的示意圖：

相位會(huì)圍繞著光波的中心，也即光波的傳播軸呈螺旋形式進(jìn)行不斷變化著的也是光學(xué)渦旋被稱作―相位缺陷的‖原因。相位奇異性是光學(xué)渦旋所具有的另外重要的物理性質(zhì)，相位奇異性在物理光學(xué)中的許多領(lǐng)域之中都有體現(xiàn)。在光傳輸過程中，光束是呈柱對(duì)稱地向前傳播的，而在光束中心處會(huì)存在著一個(gè)暗核斑)，光束的暗核處就像一個(gè)黑洞，不存在能量，在這里光束的物理量均為零光束的光強(qiáng)為零，并且不管光束怎么傳播都一直保持為零，軌道角動(dòng)量的取為零，我們將這個(gè)點(diǎn)叫做光束的相位奇點(diǎn)，光束圍繞奇點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周后相相位變量大小為 2π。正因?yàn)闇u旋光束的相位波前的特殊結(jié)構(gòu)，它圍繞傳播中心呈狀分布，使得渦旋光的波矢量存在著另一種特殊的量——方位項(xiàng)，光束的軌動(dòng)量就產(chǎn)生于光子圍繞相位奇點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的這一過程之中，光波傳播過程當(dāng)中，個(gè)光子都會(huì)有著自己的特定的方位角，因此也都對(duì)應(yīng)的獲得了確定的軌道角的值。如圖 2-2，圖中分別給出了，光束取得不同數(shù)值的拓?fù)潆姾蓴?shù)時(shí)，光束的位面的展示圖，當(dāng) l= 3時(shí)，光束的螺旋結(jié)構(gòu)與意大利面的形狀十分相似。由知，光束等相位面的螺旋程度以及旋向決定于 l 的絕對(duì)值的大小以及它的符號(hào)

我們將單色光的光場(chǎng)的表達(dá)式表示為： 0E r , z E r , z exp( i kz)常，一個(gè)拓?fù)潆姾蓴?shù)值為 l 的光學(xué)渦旋光光場(chǎng)，我們一般將它的光場(chǎng)表： 0E r , z E r , z exp(i l )exp( i kz) E0(r，z)表示光場(chǎng)在傳播軸上距離起始點(diǎn)路程大小為 z 處的光場(chǎng)的振幅函數(shù)式中符號(hào) 表示的是光束圍繞中心奇異點(diǎn)獲得的的方位角，符號(hào) l 表示光束的拓?fù)潆姾傻臄?shù)值，其取值可以取任意整數(shù)，符號(hào) k 表示波數(shù)，符束在軸上的傳播距離。由公式(2.1)我們可以知道，光場(chǎng)的相位因子分 )影響著渦旋場(chǎng)的相位大小。渦旋光束的相位因子為 ，當(dāng)光束在進(jìn)行的時(shí)候，每個(gè)光子的軌道角動(dòng)量的數(shù)值大小為l ，當(dāng)光子圍繞渦旋中心旋轉(zhuǎn)一周，它的相位變化量為 2πl(wèi)。如圖 2-3，(a)- (b)分別表示了當(dāng)拓?fù)潆娕c拓?fù)潆姾蓴?shù)為 l=2時(shí)，渦旋光束的相位分布的仿真圖，(c)-(d)分別表示當(dāng)數(shù) l=1與拓?fù)潆姾蓴?shù)為 l=2時(shí)，渦旋光束的光強(qiáng)分布的仿真圖。
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本文編號(hào)：2892850