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基于光强传递方程(Transport of Intensity Equation,TIE)的相位显微术作为一种新型定量相位成像技术因其无干涉、非迭代、无需大量横轴扫描及操作简便等优点已被广泛应用于生物标本显微成像、活细胞动态观测以及各种生物医学成像领域。尽管TIE有诸多优势尤其适合结合商业显微镜直接对生物样本进行定量相位观测,但是,TIE因算法求解过程中存在一处矛盾和两处近似,并且需要的数据源仅仅依赖于采集的强度图像,容易受到实际测量环境中探测器的曝光量、成像噪声以及光路系统不稳定导致的不利因素影响,进而在相位恢复上常不可避免地引起精度下降。为了改善TIE相位成像精度,本文主要针对传感器曝光时间、实验噪声以及成像面与记录面之间的倾斜造成的成像误差开展了相位显微成像误差校正研究。(1)针对实际测量中图像传感器曝光设定对TIE成像质量的影响,设计了自适应双曝光融合的TIE相位显微术。该方法首先需要采集一组短、长曝光强度图像(短曝光强度直方图的峰值控制在~100;长曝光强度直方图的峰值控制在~220,均为8bit),然后利用基于离散小波变换的双曝光融合技术进行良好信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)图像的重建,进而使用这些良好重建的强度图像通过TIE进行高精度定量相位信息提取。模拟和实验表明该方法不仅避免了实际图像采集中因曝光不确定带来的大量机械采集的弊端,而且可从数值重建的多焦面强度图像中通过TIE轻松地提取出精确的相位分布。(2)针对实验环境中噪声对恢复结果产生的影响,设计了一套根据不同SNR可自动分选的自适应高阶TIE相位显微术:首先分析了equidistant TIE(ED-TIE),noise suppression TIE(NS-TIE)以及exponential spaced TIE(ES-TIE)关于相位恢复精度和噪声抑制能力的定量比较;然后通过在数值模拟中添加噪声确定各个高阶TIE方法针对不同信噪比的适用范围;最后基于该适用范围设计出一套综合应用这些高阶TIE方法的策略,其中可根据基于加性均值滤波估计的信噪比自适应选择不同的高阶TIE策略以进行最佳相位恢复。当SNR高于40 dB时,使用ED-TIE进行高质量相位恢复精度;当SNR介于30~40 dB之间时,NS-TIE是平衡相位恢复精度和噪声影响之间权衡的不错选择;当SNR低于30 dB时,应用ES-TIE以避免在相位恢复时被噪声侵蚀。通过模拟和实验证明,提出的混合高阶TIE与单独使用这些经典的高阶方法相比,可提供更高质量的相位恢复。(3)针对实验测量系统中由于装调误差可能造成的成像倾斜,设计了一个用于倾斜校正的数值方法:首先沿着光轴方向等距地采集三幅强度图像;然后通过求解TIE来获取整个视场中的相位,并以此得到倾斜波前;进而使用旋转变换公式经数值计算得到具有不同旋转角度的强度。这些强度图像经过在焦评价标准进而确定其焦面图像。模拟和实验均表明该方法有效地校正了倾斜误差从而改善了成像质量,即使在大倾斜角的情况下(~45度倾斜)亦可有效进行倾斜校正。本文分别从曝光设定、噪声评估以及成像系统三个方面阐述了TIE相位成像精度不足产生的原因以及给出相应的解决措施,其有效地改善了基于TIE的相位显微术在曝光、噪声以及装调倾斜等方面的相位求解精度,并以此为后续关于使用TIE的生物细胞定量相位成像研究提供了技术支持。