小型化定量相位显微成像仪设计(3)
（Bragg）选择特性分束形成多幅强度图像[13]；通过空间光调制器实现离焦[14]；通过倾斜流
式细胞仪使样品自动离焦[15]
；以及通过分束镜与多次反射实现单次记录[16]等。这些的共同点都是减少图像采集过程中的机械移动。但是这些方法在实用性和准确度方面还是有欠缺的。
因此，一种用于光强传输动态相位显微的新的光学成像系统结构，称之为基于变焦透镜
的光强传输显微系统[11]
被提出来了。该系统具有高速、高分辨率、高灵敏度、低成本等诸多优点[11]。该系统主要是在传统的标准 4f 系统的两个透镜的傅里叶平面上放置电控变焦透镜
（还辅以一个补偿凹透镜）[30]。该系统在获取不同离焦距离的光强图像时只需要改变通过变
焦透镜上的电流，就能实现快速采集图案。该系统在算法方面的核心是对光强传输方程的求
解，并且使用基于离散余弦变换的快速求解，并且针对光强传输方程Teague辅助函数引起的
相位差异还提出一种迭代补偿方法。
上述的系统仅仅只需要采集3幅光强图就可以重建相位的分布，所以可以进行实时测量，
但是这个系统却需要多次曝光，并且要求采集设备和电控变焦透镜之间达到精确同步。所以
有学者提出了另一种用于动态光强相位显微的系统结构，称之为单帧定量相位显微[11][29]。这个系统的最大的特点是可以只使单个相机来完成单帧采集，并且在这帧图像中具有两个含有
不同离焦量的光强图像。而这两幅光强图像之间的相对离焦量可以通过空间光调制器上所显
示的自由空间角谱传输函数来实现[11]。
1.3 研究目的及意义
随着对光学显微镜研究的深入，小型化、简单、有效、高速、无需标记、定量相位显微
成像仪是光学显微镜未来发展的目标。为了实现这个方向的发展，配套地在理论及算法上也
需要朝着更加高效、快速的方向发展，以及硬件上需要更加小型化、高速化发展。 但是如果我们采用常规的光学成像系统设计思路，将很难满足这些具有挑战性的需求，
因此，迫切地需要引入新概念、新理论、新体制，从而实现对显微成像技术与系统的革命性
创新。小型化定量相位显微成像仪将有望实现新一代小型化、无标记、操作简便化、成本低
廉化的显微系统，在未来的生命科学等领域上将展现出巨大潜力。
1.4 本设计的研究内容
本设计总共分为四章内容进行叙述：
第一章是绪论部分，也就是本章节。主要介绍了研究背景、国内外的发展现状、以及研究意义。
第二章是定量相位显微成像原理及系统简介。主要叙述了本设计用到的计算成像理论以
及基于光强传输方程的定量相位显微成像理论；本章节还简述了本设计的光学系统部分，其
中主要描述了可编程 LED阵列作为照明光源以及电控变焦透镜实现快速精准变焦。
第三章主要是软件编程。首先对软件编程方面进行了简述，主要是对Visual Studio 2010
中基于 MFC 多文档多线程的理论方面进行了简介。其次，叙述了软件的主体思路以及各子
模块的功能实现（五个子模块：Control View、Camera View、Phase View、2D View、3D View）
第四章介绍了本设计能够实现的三种显微模式（明场模式、暗场模式、TIE模式） ，其中
详细描述了 TIE 显微成像模式及其成像结果。并且详细叙述了本设计的显微镜与传统显微镜
的区别。
其中第三章以及第四章是本设计的主要成果：1）软件设计模块化，软件可模块化编程；