共焦扫描荧光显微镜的信噪比与信息量

在研制用于对厚的生物样品进行光学断层成像的共焦扫描荧光显微镜时，由于成像信号十分微弱及存在很强的多次散射作用，因此杂散光的抑制非常重要，而信噪比、信号背景比就成为决定能否获得高对比度、高分率图像的关键。运用光学信息量的概念，在已有的光学成像系统信息量计算、共焦扫描荧光显微镜信噪比及传递函数计算的基础上，详细分析了共焦扫描荧光显微镜信息量与信噪比等之间的定量关系。该关系表明，为了充分利用共焦扫描荧光显微镜的成像性能，必须选择适当的探测小孔。所得的结果对于共焦扫描荧光显微成像系统的研制有重要的实用价值。     

共焦扫描荧光显微镜的信噪比与测量精度

激光扫描共焦显微术和多光子显微术等新的显微成像技术可以对厚的生物样品实现光学断层成像 ,因而在生物医学诊断领域具有重要的应用前境。在Fried的一维分辨度理论的基础上 ,系统地讨论了运用共焦扫描荧光显微术在进行光学断层成像时 ,其光学断层平面分辨度与信噪比之间的定量关系 ,建立了实际显微成像系统平面测量精度的定量计算方法。所得出的结果对于选择共焦扫描显微成像系统的最佳参数及评价所设计的显微成像系统的性能具有重要的意义。     

激光扫描共聚焦显微镜中云纹法的实验研究

将激光扫描共聚焦显微镜与实验力学中的云纹法相结合,提出了激光扫描共聚焦显微镜云纹法并对其进行了实验研究.实验中以激光扫描共聚焦显微镜的扫描线作为虚拟参考栅,以1 200 lines/mm的全息光栅作为试件栅,这两组栅线相干涉形成云纹条纹.对激光扫描共聚焦显微镜中云纹的形成原理和出现条件进行了讨论,对实验结果与理论分析进行了比较.结果表明,激光扫描共聚焦显微镜云纹法是真实可行的.由于该方法无需干涉系统且对测量环境无特殊要求,因此有望在待测物体表面微米量级变形观察和测量上得到应用.     

一种体视显微镜聚焦一致性的判定方法

针对立体显微图像在同一位置双目清晰度不同的问题,提出了一种体视显微镜聚焦一致的性判定方法。使用连通区域分割方法对不同深度标定板图像进行分割,提取圆点中心,选取清晰度评价区域;使用聚焦测度对不同深度图像进行清晰度评价,得到清晰度-深度关系曲线,利用曲线拟合求取曲线峰值得出深度信息;利用左右目圆点中心的三维坐标分别拟合出左右全聚焦平面,通过测量左右全聚焦平面夹角以及评价区域中左右目圆点中心距离来分析聚焦性。结果表明,能够有效地判定体视显微镜聚焦的一致性。     

共聚焦显微镜激光高速扫描控制系统设计及实现

 在传统光学扫描方法基础上,有效地将检流式与共振式光学扫描振镜结合起来,提出一种速度可达4 M/s采样率的高速激光扫描方法,并基于单片机系统设计搭建了系统控制硬件平台,编写了上位机端和下位机端应用软件。实验结果表明:该控制系统扫描速度快,性能稳定可靠,能够应用于共聚焦显微镜,实现实时扫描成像 。     

一种提高频谱编码成像技术信噪比的方法

频谱编码成像技术是一种采用衍射光栅把不同波长照明到样品的不同位置处的新型反射式显微成像技术。搭建了一个基于50 k Hz扫频光源的频谱编码显微系统,为解决无后置放大器情况下探测微弱样品光的问题,采用平衡探测的方法进行了成像测试。通过对USAF-1951分辨率板成像测得横向分辨率由13.93μm提高到5.52μm,采用平衡探测的方法使得洋葱样品图像信噪比(SNR)由15.07 d B提高到22.6 d B。研究结果表明,采用平衡探测的方法能够提高图像分辨率和信噪比。对离体猪胃小凹样品进行成像,验证了频谱编码成像技术在生物消化道内成像的可行性,为下一步该方法实现临床应用奠定了理论基础。     

基因芯片共焦扫描仪的分辨率与信噪比

介绍基因芯片共焦扫描仪的系统结构和工作原理，讨论基因芯片共焦扫描仪的光学成像系统二维分辨率与信噪比之间的定量关系。所得出的结果对于选择共焦显微成像系统的参数和评价共焦显微成像系统的性能具有重要的意义。     

激光共聚焦扫描显微镜对激光打印文件墨粉厚度的分析研究

使用激光共聚焦扫描显微镜,对六种品牌和型号的激光打印机分别在打印纸和高光相纸上打印的图文墨粉厚度进行测量。结果表明,测量普通打印纸张上激光打印形成墨粉厚度时,测量数据因纸张纤维凹凸不平的影响有一定波动,相纸上激光打印形成的墨粉厚度测量数据相对稳定,并总结出随着打印文件图文线条宽度与墨粉厚度的变化规律。实验表明激光打印文件墨粉厚度的数据测量具有可行性,同一台激光打印机的打印文件墨粉厚度相对稳定,该指标作为一种重要参数可以为激光打印文件检验提供量化依据,并为打印机的同一认定提供依据。     

一种实现共焦显微镜空间微分成像的新方法

提出了一种实现共焦显微镜空间微分成像的新方法。为了获得空间微分图像,首先利用时间分辨技术结合互补调制技术,获得两束相位相反的调制光,然后利用这两束相位相反的调制光结合共焦扫描技术,实现共焦显微镜的空间微分成像。实验表明:这种空间微分技术可以准确实现共焦显微镜的空间微分成像,从而获得成像物体的边缘轮廓和实现边缘增强。     

偏振共焦扫描显微镜的成像特性研究

讨论了共焦扫描激光显微镜的纵向分辨率和信噪比对三成像的影响,给出了纵向分辨主极限判据,提出了旨在提高信噪比进而获取强表面反或弱散射物体以及偏振物体的显微结构图象的偏振共振扫描激光显微镜。     

数字共焦显微技术

数字共焦显微技术是一种采用数学算法来实现共焦成像的技术 ,其功能与激光共焦显微技术相同。介绍了数字共焦显微技术的原理和结构组成。与激光共焦显微技术相比 ,数字共焦显微技术具有不产生光漂白、照明激发光谱宽、易于操作使用、工作方式灵活和价格便宜的特点 ,且其成像质量好于激光共焦显微技术。因此 ,数字共焦显微技术已广泛应用于许多领域且具有广阔的应用前景。     

激光分光瞳共焦显微镜系统研制

为了满足生物类等样品对大工作距和高分辨率共焦显微镜的需求,将分光瞳技术与激光共焦显微技术结合应用到成像系统上。阐述了激光分光瞳共焦显微成像原理,首次成功搭建了相应的显微镜成像测量系统。理论分析和实验表明:分光瞳共焦显微技术独特的非共轴结构使系统的轴向分辨力是相同数值孔径物镜单轴系统的3倍以上,对理论高度为100nm的台阶样品进行成像测试,得到的样品三维形貌,成像质量良好。     

共焦扫描光学显微镜的高分辨率

讨论了共焦扫描光学显微镜的高分辨率性质,指出共焦扫描显微镜由于采用点探测器,因而视场大大减小,信噪比大大提高,同时每幅图像逐点扫描形成,在光学系统信息能力不变的前提下,系统的空间域通带宽度增加和时域通带宽度减小。因而可成高分辨率的像,特别是其独特的深度分辨率特性使得可以实现光学断层扫描成像。给出了所研制的共焦扫描荧光显微镜所获得光学断层扫描图像     

线结构光共焦显微成像技术的实验研究

激光共焦扫描显微镜大多采用点共焦扫描成像形式,扫描机构复杂,成本高。新型的线结构光共焦显微成像技术是对样品进行线共焦成像,只需对样品进行一维扫描就可以得到整个平面的像。设计了线结构光共焦成像实验装置,进行了线结构光共焦显微成像实验。实验结果证明了线结构光共焦成像的可行性,杂散光明显地减少,提高了成像清晰度,并且有光学层析能力。采用低照度高分辨率CCD代替价格昂贵的像增强器大大降低了系统成本。     

A shaped annular beam tri-heterodyne confocal microscope with good anti-environmental interference capability

A shaped annular beam tri-heterodyne confocal microscope has been proposed to improve the anti-environmental interference capability and the resolution of a confocal microscope. It simultaneously detects far-, on-, and near-focus signals with given phase differences by dividing the measured light path of the confocal microscope into three sub-paths (signals). Pair-wise real-time heterodyne subtraction of the three signals is used to improve the anti-environmental interference capability, axial resolution, and linearity; and a shaped annular beam super-resolution technique is used to improve lateral resolution. Theoretical analyses and preliminary experiments indicate that an axial resolution of about 1 nm can be achieved with a shaped annular beam tri-heterodyne confocal microscope and its lateral resolution can be better than 0.2 $\mu $m for $\lambda =632.8$~nm, the numerical aperture of the lens of the microscope is NA $=0.85$, and the normalized radius $\varepsilon =0.5$.     

线性色散设计的光谱共焦测量技术

研制了高精度的光谱共焦位移测量系统并完成相关测试。基于色差理论和材料优化选择设计一种色差与波长成线性关系的色散物镜,有助于平衡系统在全测量范围的灵敏度。理论分析了系统参数对系统的影响规律,计算了针孔尺寸与系统的分辨率和信噪比的关系,给出了参数优化结果。利用设计的线性色散物镜和参数优化结果,构建了光谱共焦测量系统,完成了系统的校准、测试和应用研究。结果表明,系统的轴向测量范围达到1 mm,分辨力优于0.5μm,全程测量误差小于2μm,符合设计要求。     

线性色散设计的光谱共焦测量技术

研制了高精度的光谱共焦位移测量系统并完成相关测试。基于色差理论和材料优化选择设计一种色差与波长成线性关系的色散物镜,有助于平衡系统在全测量范围的灵敏度。理论分析了系统参数对系统的影响规律,计算了针孔尺寸与系统的分辨率和信噪比的关系,给出了参数优化结果。利用设计的线性色散物镜和参数优化结果,构建了光谱共焦测量系统,完成了系统的校准、测试和应用研究。结果表明,系统的轴向测量范围达到1 mm,分辨力优于0.5 m,全程测量误差小于2 m,符合设计要求。     

Imaging biological specimens with the confocal scanning laser microscope/macroscope

A new confocal scanning laser microscope/macroscope (cslm/M) has recently been developed. It combines in one instrument the high resolution capability of a confocal scanning beam microscope for imaging small specimens, with good resolution confocal imaging of macroscopic specimens. Some of its main features include: (a) 0.25 μm lateral resolution in the microscope mode and 5 μm lateral resolution in the macroscope mode; (b) a field of view that can vary from 25 μm × 25 μm to 75,000 μm × 75,000 μm; (c) capability for acquiring large data sets from 512 × 512 pixels to 2048 × 2048 pixels; (d) 0.5 μm depth resolution in the microscope mode and 200 μm depth resolution in the macroscope mode.

In this work the cslm/M was used to image whole biological specimens (> 5 m diameter), including insects which are ideal specimens for the macroscope. Specimens require no preparation, unlike scanning electron microscope (SEM) specimens which require a conductive coating. The specimens described in this paper are too large to be imaged in their entirety by a scanning beam laser microscope, however they can be imaged by slower scanning stage microscopes. In the macroscope mode the cslm/M was used to acquire a large number (e.g. 20–40) of confocal image slices which were then used to reconstruct a three-dimensional image of the specimen. High resolution images were collected by the cslm/M by switching to the microscope mode where high numerical aperture (NA) objectives were used to image a small area of interest. Reflected-light and fluorescence images of plant and insect specimens are presented which demonstrate the morphological details obtained in various imaging modes. A process for three-dimensional visualization of the data is described and images are shown.     

差动共焦式纳米级光聚焦探测系统的研究

为解决纳米级大范围的非接触测量问题 ,提出了基于差动式共焦显微技术的光聚焦探测系统。介绍了系统的工作原理和结构装置 ,对系统中的关键技术进行了优化设计 ,通过对共焦光路的差动设计 ,可以有效地抑制光源的噪声和漂移对测量结果的影响。初步实验结果表明 ,该系统的轴向分辨率可达 2 nm