运动伪影是光学相干层析造影成像(OCTA)俯视图中的一个重要问题。提出一种补偿特征图像滤波(CEF)算法去除光学相干层析造影成像俯视图的运动伪影。首先,利用奇异值分解(SVD)将光学相干层析造影成像俯视图展开为一系列的特征图像;然后,利用高通特征图像和从第一特征图像中抽取得到的正交补偿积这两部分来重建恢复图像。实验结果表明,CEF算法能较好地去除条纹噪声,经CEF算法复原得到的图像有着较传统特征图滤波算法更好的图像质量。该算法为其他扫描成像系统去除类似的条纹噪声提供了新的参考。

水下探测作业过程中,水体因外界环境而产生扰动,从而使水下的折射率发生变化,增强水体对光的散射作用,导致水下光学目标成像模糊,成像质量降低。鉴于此,采用鬼成像方式克服水下扰动,利用参考光场和测量光场的二阶相干性分别测量某一时刻参考光束在采集平面上的光场分布与测量光束的在采集平面上的总光强,根据总光强重建鬼成像。实验过程中,利用超声波对水体进行扰动,对比鬼成像方式与经典成像方式的成像结果并比较两种成像结果的峰值信噪比,研究鬼成像系统在水下抗扰动能力。实验结果表明,在水下扰动的环境中,鬼成像方式的图像质量高于经典成像方式。

水下探测作业过程中,水体因外界环境而产生扰动,从而使水下的折射率发生变化,增强水体对光的散射作用,导致水下光学目标成像模糊,成像质量降低。鉴于此,采用鬼成像方式克服水下扰动,利用参考光场和测量光场的二阶相干性分别测量某一时刻参考光束在采集平面上的光场分布与测量光束的在采集平面上的总光强,根据总光强重建鬼成像。实验过程中,利用超声波对水体进行扰动,对比鬼成像方式与经典成像方式的成像结果并比较两种成像结果的峰值信噪比,研究鬼成像系统在水下抗扰动能力。实验结果表明,在水下扰动的环境中,鬼成像方式的图像质量高于经典成像方式。

本文采用偏振态显微成像系统对生物细胞热损伤进行监测。选取洋葱细胞、绿萝细胞作为实验样品, 对洋葱细胞、绿萝细胞进行热损伤, 通过比较细胞在热损伤前后的偏振态图像及其相应的偏振特性的变化, 分析热损伤细胞的偏振特性变化而获得相关信息。实验结果表明, 偏振态显微成像技术对于鉴别正常细胞和热损伤的细胞并评价细胞的损伤程度非常有效, 比显微光强成像更清晰地反映了细胞形态结构发生的变化, 在生物样品的特性研究及疾病诊断方面都有独特的优势, 为鉴别与评价细胞损伤程度提供一种快速的、无损的、有效的新方法。

环形光瞳滤波常被用于径向偏振光聚焦系统, 以实现焦斑压缩, 进而提高共焦显微的横向分辨率。但是在对不同孔径的光瞳进行分析时缺乏比较的标准, 无法进行定量的对比。本文对三种不同的光瞳孔径变化方式进行了定量对比研究, 它们分别是: 固定环角宽度, 增大环孔径; 固定环有效入射面积, 增大环孔径; 固定环形瞳外半径, 改变遮光比。结果表明, 不同模式下, 焦平面处纵、横向场分布变化方式明显不同, 只有当三者均为大孔径(大于1.1 rad)的窄光环时才基本等同。另外随着孔径的增大, 纵、横向场之比也随之增大, 说明孔径的增大可以抑制旁瓣光场。三种孔径增大方式均表明当窄环孔径角增大到1.26 rad时焦斑压缩将到达极限值0.4 λ, 与同数值孔径标量实心光束相比, 窄环对焦斑压缩了1.6倍。

为了实现强散射样品的光声显微成像，提出了一种散射光声显微成像新技术。利用散射光声效应原理，成功设计研制了散射光声探测器。散射光声探测器由散射光声腔、耦合腔、微通道以及微音器组成。利用该探测器探测样品的散射光声信号，然后结合共焦扫描成像技术实现了强散射样品的光声显微成像，获得了二氧化硅微球和口腔上皮细胞等各种不同散射样品的光声显微图像。实验结果表明，散射光声显微成像技术可以极大地改善图像对比度和增强图像边缘，对于工业、大气等方面的微粒直径测量具有重要的应用意义。

提出全光非接触光声层析成像(ncPAT)与光学相干层析(OCT)双模成像的新方法，用于同时获取物体的吸收分布图像和散射分布图像。搭建ncPAT-OCT 双模成像系统，采用同一探测光源、同一干涉系统用于提高系统稳定性；采用同步触发模式来确保双模成像在数据采集时间上的同步性；使用共同样品臂来保证采样区域在空间上的一致性。并在此基础上实现同时对同一个样品进行PAT 和OCT 两种模式成像，实验结果表明两种模式成像能够很好地匹配，而且可以在不同模式下获得不同的信息。

光声显微成像技术依赖于样品的内源性光吸收, 对强散射弱吸收样品成像效果差, 甚至无法进行成像。为了实现强散射弱吸收高透明生物样品的光声显微成像, 以及获得图像的边缘增强效果, 使光声显微成像技术在实际的生物医学研究中更有应用价值, 本文首次将散射光声技术引入到光声微分显微技术中, 研制了新型的散射光声微分成像技术。该技术不仅可以获得强散射弱吸收高透明生物样品的散射光声显微图像, 还可以获得对应的边缘清晰的散射光声微分图像, 对在生物医学研究领域有重要的应用意义。

生物样品图像边缘增强与提取是医学图像处理的关键技术之一, 是进行生物样品形态分析的基础。图像边缘增强通常是通过计算机编程对原始图像进行后期处理来实现的, 然而, 这里应用共焦空间微分显微镜系统, 实现了在获得样品共焦显微图像的同时直接获取对应的边缘增强显微图像, 且图像分辨率与对比度较高。实验不仅获取了掩膜板与标准分辨率板RTA-07的边缘增强图像, 说明系统分辨率达到1.5 μm, 而且实现了生物细胞的边缘增强图像的获取, 如血红细胞与口腔上皮细胞, 图像可用于样品尺度与面积等形态的分析与计算, 在生物医学研究中有实际应用意义。

提出了具有高探测灵敏度的微腔光声探测技术。采用微腔耦合技术，将细胞内产生的光声信号，通过微通道传导到耦合腔，被麦克风接收，成功研制出微腔光声探测器。在相同的温度变化情况下，密闭腔内气压变化量与腔的体积成反比，腔的体积越小，气压变化量越大，探测器对压力的响应度就越高，对于微弱光声信号就越灵敏。因此，设计出的高灵敏度微腔光声探测器，能够探测到连续调制光激发出的微弱光声信号，重建出免标记的细胞水平的光声显微图像。从已获得的分辨率板、洋葱表皮细胞和血红细胞等样品的光声显微图像可以说明这个光声微腔探测器的灵敏度高，分辨率达到1.25 μm。