基于可编程LCD的多功能显微成像系统的设计与实现

摘要

光学显微镜作为人类与微观世界的枢纽，其应用早已渗透于生物、化学、物理、冶金等各个领域，尤其在新材料研究以及现代医学领域发挥着不可或缺的作用。随着显微技术的不断进步以及各个领域需求的日益增加，光学显徽由单一的明场显微逐渐衍生出暗场显微镜、泽尼克相衬显微镜等一系列具有特殊功能的显微镜。然而相较于简单的明场显微，他们都需要在光路中添加特殊的光学元件，如暗场显徽镜中的遮光片、相衬显微镜中的环形光阑等，高成本以及复杂的操作使得这些显微镜难以得到广泛的应用。
　　针对这些缺陷，本文采用非晶硅薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)作为空间光调制器，结合计算成像的新型理念，设计并搭建出一套基于可编程LCD的多功能显微成像系统。该系统只需改变LCD的照明图案，即可对普通光源进行照明调制，以实现明场、暗场、差分相称、莱茵伯格等多种传统成像功能。不仅如此，完全不同于传统显微镜“所见即所得”的成像模式，本系统在照明端添加了可控的孔径编码得到调制后的图像，通过数字解码后能够实现新型的、信息更加丰富显微成像功能，如光场成像、光场重聚焦等。
　　同时，本文研究并开发了一套完整的基于MFC的软件操作程序，可实现显微成像模式的快速切换、图像参数的精确调节、显徽成像结果的实时获取，提供了友好的人机交互体验。最后，采用LC-09肺癌细胞等样品对系统各个功能进行了测试，验证了系统的准确性与可靠性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景与研究意义

1．2 显微镜照明的发展与改进

1．3 TFT-LCD技术发展与应用领域

1．3．1 TFT-LCD技术发展概况

1．3．2 TFT-LCD的应用现状

1．4 论文的主要工作

2 系统总体设计

2．1 系统全图

2．2 系统结构介绍

2．3 系统调试

3 系统成像原理

3．1 明场、暗场、差分相称成像

3．1．1 明场、暗场与差分相衬成像原理

3．1．2 明场、暗场与差分相衬成像流程

3．2 莱茵伯格彩色照明显微成像

3．2．1 莱茵伯格彩色照明显微成像原理

3．2．2 莱茵伯格彩色照明显微成像流程

3．3 高分辨率光场成像以及光场重聚焦

3．3．1 光场成像

3．3．2 光场重聚焦

3．3．3 光场重聚焦过程

4 软件系统设计

4．1 软件的主框架设计

4．2 软件子窗口设计

4．3 不同模式下工作流程

5 系统实验结果与分析

5．1 明场、暗场、相差显微、倾斜照明、差分相称等多种成像方式

5．2 基于可编程LCD的莱茵伯格照明

5．3 光场成像与光场重聚焦

5．3．1 高分辨率光场成像

5．3．2 光场重聚焦

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况

攻读硕士期间学术成就获奖情况