中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
白细胞分类在血液分析、临床疾病的诊断和治疗中具有重要意义。人工镜检作为血细胞分析的金标准，耗时较长且高度依赖检测人员的经验。定量相位成像可测量细胞各处的相位分布，是研究细胞形态学和生物化学特征的有效方法。利用基于数字全息显微和明场显微成像的共定位相位成像系统对健康人外周血涂片中的5种白细胞进行研究，定量分析了不同白细胞及其亚结构中的相位分布情况，提取出多个有效辅助白细胞分类的特征参数，并进一步分析了镜检中容易混淆的异型淋巴细胞。结果表明，利用提取的细胞亚结构特征参数可对白细胞进行有效分类，也能较好区分异型淋巴细胞。因此，基于共定位相位成像的细胞亚结构特征参数可为白细胞分类、各类血液疾病的诊断和治疗提供依据和参考，且此种方法无须再对常用的染色样品进行特殊处理，应用场景众多。
生物光学 定量相位成像 数字全息 白细胞亚结构 相位分布特征
1 南京信息工程大学江苏省大气海洋光电探测重点实验室，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备协同创新中心，江苏 南京 210044
3 南京信息工程大学物理与光电工程学院，江苏 南京 210044
用折射率测量方法来获取被测流场温度分布时，应该首先确定流场成分。提出了一种联合相位和发射强度分布对流场进行区域划分的方法，以更好地确定每个区域的成分，尽可能提高温度重建的精度。选取蜡烛-空气（非预混火焰）和丙烷-空气（预混火焰）燃烧流场作为实验对象，将折射率、相位和发射强度分布进行匹配，在此基础上分析并确定两个流场不同区域的成分。通过比较基于相位分区方法（模型1）、发射强度分区方法（模型2）以及联合相位和发射强度分区方法（模型3）获得的温度结果，发现模型3的结果更合理。此外，还进一步讨论了联合相位和发射强度分布对流场进行区域划分的合理性和适用性，该结果可为基于折射率测量进行复杂流场温度重建的研究提供一些参考。
折射率 相位分布 发射强度分布 温度分布 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1922001
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210046
为了研究复合涡旋光束的光强与相位特性, 利用不同拓扑荷数的2束零阶径向拉盖尔-高斯(LG)涡旋光束共轴叠加, 产生一种新型的复合涡旋光束, 从理论上研究了拓扑荷数对复合涡旋光束的光强与相位分布特性的影响, 分析了拓扑荷数与中心暗斑直径以及内、外环分叉数的线性关系, 并进行了数值仿真。仿真结果表明: 不同拓扑荷数的2个零阶LG涡旋光束叠加, 光强分布呈亮斑、暗斑相间的模式, 其亮斑数目等于两涡旋光拓扑荷数的差值, 相位分布呈现双环模式, 外、内环分叉数分别由拓扑荷数的较大值、较小值决定, 两者互不影响; 相同拓扑荷数的涡旋光束叠加, 其光强图中亮斑数目是拓扑荷数的4倍, 相位分布图中的分叉数与拓扑荷数相同。
零阶涡旋光束 共轴叠加 光强与相位分布 拓扑荷数 zero-order vortex beam, coaxial superposition, lig
1 江苏大学物理与电子工程学院，江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013
针对如何在相位分布图中选取合适边缘采样点的问题，基于相位成像理论和实验分析了不同处理方案的优缺点并提出了采样策略。结合相位成像机理，采用基于梯度的几类经典边缘检测算子分析了采样特征点位置不确定性的来源及其对检测结果的影响。选取形态结构复杂程度不同的实际样品开展实验研究，对比分析不同采样点位置选取对样本尺寸计算结果的影响，对多种误差产生的原因进行了分析，给出了其理论上的关联和解释。综合多组实验数据对比分析的结果，总结出了适合不同复杂程度样品的形态结构特征提取方案，其处理效率能够满足快速实时检测的需要。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617030
1 江苏大学物理与电子工程学院，江苏 镇江 212013
2 南方科技大学生物医学工程系，广东 深圳 518055
针对定量相位成像技术中样本形态信息提取繁琐不利于自动化检测分析的问题，探索了基于小规模数据集对轮廓相似的相位物体进行精准识别的可行性及其训练策略。分别建立了包括聚苯乙烯微球、红细胞等4类样本的相位分布和干涉条纹数据集。构建了一个卷积神经网络（CNN）模型成功实现对相位图的识别，进而对不同样品相位值进行变换以增大识别难度，并通过改进网络模型在验证集上成功识别出所有样品类型。为简化检测流程，对4类样本对应的干涉条纹进行了识别，用残差模块改善CNN模型的网络退化问题实现了准确分类。针对条纹可见度、载波频率复杂多变的实际情况，分别考查了其对识别准确率的影响。通过优化训练集提高了模型的识别效率，表明了机器学习技术在相位信息识别方面的潜力。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617026
上海交通大学 电子信息与电气工程学院, 上海 200240
液晶调制器件的相位分布一直无法实现精确的区域表征, 同时相位分布曲面的驱动电场也只能通过间接光学调制结果进行调整, 因此我们构建了一种相位分布曲面的自适应调制系统。通过将相位深度转换为透过率, 并经过高分辨率探测器件的灰度测试, 可以得到精确的区域相位深度信息。系统将实际的相对透过率分布曲面与预期中理想的相对透过率分布曲面做比较, 代入自适应算法得到新的电压信号, 形成自动化的闭环控制环路。针对迭代调试复杂的问题, 通过自适应调制系统大大减少相位调制过程中的时间, 提升相位分布的调制精度。可广泛应用于液晶光栅和液晶透镜等电控相位调制器件。
相位分布曲面 自适应控制 液晶相位调制器件 最小误差平方和 phase profile adaptive system liquid crystal phase modulator minimum sum square error
1 西安工业大学电子信息工程学院, 陕西 西安 710032
2 上海电力学院电子与信息工程学院, 上海 200090
3 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
4 江南大学理学院光电信息科学与工程系, 江苏 无锡 214122
生物细胞的成像是生物和物理领域中的重要研究方向,尤其是大量细胞的测量与分析对于生物研究、疾病诊断具有重要的研究价值和意义。传统的显微检测仅局限于细胞形状的定性观察,且受视场限制,观察的细胞数量难以达到统计要求。将定量干涉显微和视场扫描结合,设计并实现了用于大量细胞成像与分析的定量干涉显微流式细胞仪。定量干涉显微可以恢复细胞的相位分布,结合视场扫描可以对大量细胞信息进行获取与分析。分别选用扩展主程序分析算法、正则化光学流场算法和傅里叶相位恢复算法,并结合不同的扫描方式,实现了对大量细胞相位面积、相位体积和圆率等不同参数的测量与统计。该系统有望在大通量高速细胞检测中获得应用。
全息 定量干涉显微 流式细胞仪 定量相位分布 细胞参数 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 120901
1 江西科技师范大学江西省光电子与通信重点实验室, 江西 南昌 330038
2 江西科技师范大学研究生院, 江西 南昌 330038
提出了一种基于双色LED芯片的双波长像面数字全息显微术。将主波长为670 nm的红光芯片和主波长为521 nm的绿光芯片封装成半球型LED芯片,然后利用彩色CCD相机获取被测样品在两种照明光波下的彩色相移数字全息图,最后采用色彩分离技术、相移技术及双波长相位提取技术获取被测样品的相位分布及面型分布。实验结果证明了本文方法的可行性。
成像系统 双波长像面数字全息显微术 双色LED芯片 相位分布 面型分布
1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
2 大唐移动通信设备有限公司, 北京 100083
3 奥克兰大学 机械工程系, 美国 罗彻斯特 48309
为解决传统相位解包裹法不能够用于非连续表面的动态变形测量的缺点, 在详细阐述基于时空三维相位解包裹技术的数字散斑干涉术的工作原理和测量步骤基础上, 应用数字散斑干涉术和时空三维相位解包裹测量非连续表面动态变形.实验证明, 当采用每秒70帧的普通相机拍照时, 可实现最快形变速率为25.12 μm/s的非连续表面动态变形测量.本文所提方法扩展了数字散斑干涉术的测量范围, 增强其应用能力.
电子散斑干涉术 变形测量 动态测量 相位分布 振动测量 相位解包裹 非连续表面 Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) Deformation measurements Dynamic measurements Phase distribution Vibration measurement Phase unwrapping Discontinuous surface
为了测量相位物体的相位分布,提出了一种基于光学扫描全息系统测量相位物体相位分布的方法。该方法在原理上与以往传统测量方法有很大不同, 它采用相干模式下的光学扫描全息系统,利用一个小孔探测器记录与相位物体的相位信息相关的数据,随后采用反演重建算法得到被测物体的相位分布。此外,对该方法的工作原理及重建效果进行了理论分析和模拟仿真,并分析了在记录和重建阶段所采用的小孔是非理想状态情况下,小孔对物体相位分布测量结果的影响。结果表明, 用该方法测量相位物体的相位分布是可行的, 并且可以获得很好的效果。
全息 相位分布 光学扫描全息 相位测量 相干模式 holography phase distribution optical scanning holography phase measurement coherent mode
