摘要：高分辨显微成像技术为人们推开了探索微观世界的大门,而飞秒激光技术又为人们提供了一把探测超快物理/化学现象的尺子.将这两者结合,发展既有超高空间分辨、又有超快时间分辨的新型显微成像技术,对于人们探索极小时空尺度下新的科学现象和规律有非常重要的意义.本文综述了目前国际上主要超高时空分辨显微成像技术的基本原理和特点,并介绍了其在光电材料与器件表征、飞秒激光微加工监测、表面等离激元动力学表征等方面的最新应用进展.超高时空分辨显微成像技术的发展,不仅推动了光学显微成像领域的进步,也为精密加工、二维材料动力学、光电器件设计与表征等领域提供了关键技术手段,具有广阔的应用前景.

摘要：设计了用于多孔板细胞分析的自动显微系统以实现药物筛选的自动检测。研究了系统的机械结构、人机交互软件、对焦评价函数的选择和多视野图像拼接功能。该系统采用支架式结构,克服了形变带来的精度影响;对比传统机械传动的优缺点后,采用伺服电机和音圈电机两级调节的方式来提高系统精度和对焦速度。比较了几种对焦评价函数的性能并提出性能更优的评价方法。考虑到高倍显微镜下视野小对实验统计意义的影响,设计了多视野图像拼接等图像处理功能。最后,实验验证了系统的设计技术指标。实验结果表明:单次对焦时间为2s;对焦精度在微米级;单次4×4图像阵列拼接时间为15s,满足系统进行药物筛选对速度、自动化程度和稳定可靠性的要求。

摘要：为了将光谱成像技术更方便地引入显微成像领域,本文将高光谱成像技术与显微成像技术相结合,搭建出一套全自动推扫式高光谱显微成像系统。系统以倒置显微镜为主体进行设计,采用棱镜-光栅元件进行光谱分光,利用高精度二维电动运动平台进行推扫,同时结合电动对焦组件完成对焦,最后成像在高灵敏sCMOS科学相机上。根据大多数生物样本光谱检测需求,系统的光谱范围选择420~800 nm。经光谱定标和空间分辨率测试,确定系统的光谱采样率为2.06 nm,光谱分辨率均值优于3.5 nm,空间分辨率优于0.87μm。系统引入激光自动对焦系统作为主动对焦模块,以HE染色的乳腺癌病理切片为研究对象,实验分别采用被动对焦和主动对焦方式进行推扫成像,并比较分析两种方式的优劣,认为两者均可以满足大视场成像需求,但主动对焦成像更快速、更清晰,更加适合推扫式高光谱显微成像系统。通过对全自动推扫式高光谱显微成像系统的设计与研究,解决了高光谱显微成像中无法实时对焦的难题,实现了40倍显微物镜下3.25 mm×3.25 mm范围内全自动成像,有利于促进光谱技术在生物医学等领域中的应用。

摘要：为了得到微观动态样品的三维形貌图,提出了基于红蓝双小孔光阑的单物镜立体显微成像方法,并建立了一个结构简单的单物镜立体显微系统。该系统在物镜出瞳处放置分别用红、蓝滤光片覆盖的双小孔光阑,当采用白光照明时,彩色CCD将接收到分别用红光和蓝光表示的两个不同视角的图像。采用数字图像处理方法可获得具有视差的立体像对,基于相位的双目匹配算法可得到样品的三维形貌。实验结果表明,该方法重构了微观样品,其景深达到241.50μm。与现有的双物镜体视显微方法相比,设计的立体显微系统简单且紧凑,利用单次拍摄即可得到微观动态样品的三维形貌图,在显微镜和内窥镜中很有应用前景。

摘要：上海光源(SSRF)光束线站上使用的精密光学狭缝要求重复精度小于1μm,在精密狭缝安装到光束线站前需要在线或者离线对其进行重复精度测量。提出了基于高分辨率CCD和高倍率镜头的机器视觉测量系统,设计出一种图像多级滤波的数据处理方法,从而实现了精密光学狭缝重复精度的测量。测量之前,通过测量系统对光学分辨率板标准小孔采集图像,完成了高倍率放大镜头倍率标定。利用代数均值滤波、统计中值滤波、最小均方误差滤波有效降低图像随机噪声。提出将狭缝图像二值化,并将狭缝刀片移动前后两帧二值图像差值,从而得到狭缝的重复精度。该系统的测量分辨率达到0.3μm。结果表明,该测量系统能够满足精密狭缝的重复精度的测量。

摘要：同时实现大视场、高分辨率成像是光学显微技术发展至今不断追求的永恒目标。传统光学显微镜由于其光学设计原理限制,空间带宽积一般总是限制在百万像素量级,从而无法同时兼顾高分辨率与大视场。另一方面,复杂的光学系统也使显微镜变得日趋昂贵、笨重、复杂且难以维护,极大地限制了其推广和应用。无透镜片上显微成像技术是近年来发展出的一种新概念计算成像技术:其不利用成像透镜聚焦,而直接将所观测的样本紧贴于成像器件光敏面上方记录图像,并结合相应的图像恢复算法实现清晰物像的反演与重构。由于具有视野大、分辨率高、无需标记、成本低、便携性好和可实现三维(3D)成像等优点,无透镜片上显微镜有望拓展传统显微成像技术的疆界,成为一种新型的快捷、便携的就地检验(POCT)工具。文中从无透镜成像基本原理、实验系统、重构方法及其典型应用进行了综述。最后,讨论了无透镜显微成像现存的一些关键问题以及今后可能的发展方向。

摘要：为得到与主观评价一致的衡量方法,结合视觉注意机制与边缘展宽衡量,提出一种显微图像清晰度评价指标.根据不同空间位置的像素灰度差距特征,计算视觉注意索引图来模拟人眼视觉系统观察景物的特性,从而赋予不同区域与像素不同的权重,通过分割实现对潜在对焦区域的提取.利用边缘展宽方法衡量这些区域,以水平与竖直方向的平均边缘展宽作为最后的清晰度指标.设计主观实验与客观实验,并与其他客观方法对比,结果表明该方法能有效克服现有方法的缺陷,解决显微图像清晰度评价中的关键问题,实现与主观评价一致的显微图像客观评价.

摘要：针对细胞工厂监控系统长工作距和大倾斜角的观测需求,设计了一种结构简单、成像清晰的光学显微成像系统.由于获得的细胞图像光照和色彩不均、样本浑浊、细胞重叠、边界粘连较多、细胞间距不明显,采用单尺度Retinex算法进行图像预处理,并结合Otsu阈值分割法与K均值聚类法进行细胞图像分割处理,最后应用改进的快速连通区域标记以及高准确度细胞计数方法进行细胞个数统计.仿真实验和实际测试结果表明:该系统成像分辨率和清晰度均达到工程需求,能够较清晰地辨识出培养皿中细胞的形态和分布情况.细胞显微图像处理方法取得了良好的图像增强效果,弱化了由光照不均和样本浑浊造成的人眼视觉无法清晰分辨细胞的现象,消除了由于图像分割不到位造成统计误差,细胞计数准确度达到95%以上.该方法适合多种类型细胞监测与计数处理,可满足细胞工厂实时准确监控的要求.

摘要：超透镜作为一种二维超表面结构最近十多年来得到了广泛的关注。与传统光学透镜相比,超透镜具有超薄和超轻的结构特性以及高度灵活的设计和调控能力,因此,其在推动光学系统向小型化发展中扮演着不可或缺的角色。在显微成像技术中,超透镜又提供了多维度的探索视角,展示了其巨大的发展空间。本文全面回顾了超透镜在显微成像技术的最新进展。首先,详细解释了超透镜的波前调控原理,并总结了超透镜主流的设计方法;其次,介绍了超透镜的加工技术;最后,深入探讨了超透镜在光片荧光显微镜、双光子荧光显微镜和内窥镜等显微成像技术中的应用和研究进展。

摘要：光学显微数码成像系统中,光学退化是影响图像质量的重要因素。结合物镜测试,提出了一种结合分视场点扩散函数估计的梯度约束显微图像复原方法,并应用于显微镜以形成质量提升系统。通过物镜调制传递函数测试,分视场计算获取点扩散函数;引入零阶范数梯度约束作为正则化项,设计基于该约束的快速复原方法;并采用渐变加权拼接方法实现分视场复原结果的无缝拼接。对不同物镜下的显微图像进行了复原测试,并采用评价方法进行评估。结果表明,本文方法给出的显微图像复原效果好、运行速度快,对尺寸为2048pixel×1536pixel的图像只需1.62s,适用于显微成像系统。