本發(fā)明涉及全息顯微成像，特別是一種超分辨率算法的多層同軸全息顯微成像系統(tǒng)和成像方法。技術(shù)背景光學(xué)顯微成像被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、材料等領(lǐng)域，是現(xiàn)代科學(xué)不可缺少的工具。普通光學(xué)顯微鏡一般包括顯微物鏡，加上目鏡或成像透鏡將樣品放大成像于人眼或成像芯片上。多年來，顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)并沒有改變，最新的顯微技術(shù)一般也是基于傳統(tǒng)顯微鏡的結(jié)構(gòu)。顯微物鏡是傳統(tǒng)顯微鏡的核心，它必須具有較大的數(shù)值孔徑以得到微米和亞微米級的分辨率，同時需要消除各種像差、色差等，以得到良好的成像質(zhì)量。為了達(dá)到這些目的，一個好的顯微物鏡一般都是精心設(shè)計的組合透鏡組，成本較高。例如一個高端的顯微物鏡價格可以達(dá)到幾千美元。近年來，出于降低顯微成像成本和制作便攜系統(tǒng)的需要，無透鏡的顯微成像技術(shù)已成為研究的熱點(diǎn)之一。在無透鏡成像技術(shù)中，全息成像是一種重要的、具有獨(dú)特優(yōu)勢的方法。全息成像技術(shù)已有很多年的歷史，目前的全息成像技術(shù)一般是利用成像芯片記錄全息圖像，然后通過數(shù)值計算重構(gòu)出樣品的圖像、即數(shù)字全息成像技術(shù)。全息成像技術(shù)得到的重構(gòu)樣品分辨率主要取決于相機(jī)的像素尺寸。目前成像芯片的像素大小不小于2.2μm，使得生物樣品細(xì)節(jié)在重構(gòu)中丟失。超分辨算法已經(jīng)應(yīng)用在多種系統(tǒng)中，用以超越成像分辨率極限，得到更高分辨率。超分辨率算法是一種利用多組(一幅)低分辨率圖片得到多組(一幅)高分辨圖片的方法，其原理是利用低分辨率圖片中相對移動或者相機(jī)模糊造成的相對變化，在樣品信息重構(gòu)得到高分辨率圖片。全息成像系統(tǒng)與超分辨算法的解釋近些年引起科學(xué)家的關(guān)注。圖1是現(xiàn)有種超分辨率算法重構(gòu)的同軸全息成像系統(tǒng)(摘自WahebBishara,UzairSikora,OnurMudanyal,SuTing-Wei,OguzhanYaglidere,ShirleyLuckhart,andAydoganOzcan,“Holographicpixelsuper-resolutioninportablelenslesson-chipmicroscopyusingafiber-opticarray,”LibChip11,10.1039(2011))；目前這種結(jié)構(gòu)相對簡單。圖中，1:23個LED光源，2：物平面，3：成像平面，系統(tǒng)利用23個相鄰可以獨(dú)立控制的LED作為光源，通過濾波片增加LED光的相干性，經(jīng)過樣品面的光在成像面形成全息圖。通過控制LED光源依次通電，可以在成像面形成一組有相對移動的全息圖。這些低分辨率全息圖通過超分辨算法重構(gòu)成為一幅超越相機(jī)像素的高分辨的全息圖。通過重構(gòu)即可得到樣品的高分辨率重構(gòu)圖片。但是這種方法存在的問題是在迭代估計中需要在算法中設(shè)立一個標(biāo)準(zhǔn)判斷此有限支持的所在地。因此這種方法只適用于具有孤立源樣品信息，另外需要人工設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)判斷有限支持也表明這種算法是一種估計方法，而不是確定性方法，其結(jié)果依賴于人工輸入和樣品的具體情況。同時該方法只適應(yīng)單層結(jié)構(gòu)樣品，限制了全息成像的用途，使得樣品的精度和制作有較高的制作要求。綜上所述，現(xiàn)有的超分辨率數(shù)字同軸全息重構(gòu)方法存在的主要問題是：(1)基于有限支持的迭代重構(gòu)算法為估計性方法，依賴于人工設(shè)定和樣品具體情況。(2)樣品的單層結(jié)構(gòu)，限制了該全息系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。以上存在的問題制約了基于超分辨算法的數(shù)字同軸全息重構(gòu)成像方法的進(jìn)一步發(fā)展。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種超分辨率算法的多層數(shù)字同軸全息成像系統(tǒng)和成像方法，該系統(tǒng)擺脫精確移動結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡化、可用于各種典型的多層生物樣品及非生物樣品的特點(diǎn)，成像方法是確定性方法，具有超分辨率效果。通過多幅低分辨率的圖像得到高分辨率重構(gòu)圖像。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：一種超分辨算法的同軸全息成像系統(tǒng)，特點(diǎn)在于含有同軸的相干光源、設(shè)置多層樣品的樣品架和成像芯片，所述的樣品架具有驅(qū)動的微型馬達(dá)，所述的成像芯片的輸出端與計算機(jī)或電腦的輸入端相連。所述的多層樣品一般為生物醫(yī)學(xué)樣品，包括血液，唾液或細(xì)胞等。所述的光源一般為擴(kuò)束后的激光，或經(jīng)過小孔提高相干性后的其他光源，如LED。所述的成像芯片可以為CMOS或CCD二維成像芯片。所述的外圍電路提供圖象的采集，處理，顯示及存儲功能。所述的樣品架供放置普通顯微鏡的載波片，或者自行設(shè)計的載波片。利用超分辨算法的同軸全息成像系統(tǒng)的全息成像方法，包括下列步驟：1)將多層樣品置于樣品臺上，使所述的N層樣品層進(jìn)行無規(guī)律移動，N為所述的多層樣品的層數(shù)，所述的相干光源輸出的相干光照射所述的多層樣品，照射光和樣品的散射的光在所述的成像芯片上干涉而形成全息圖輸入所述的計算機(jī)或電腦，通過隨機(jī)移動樣品面的樣品，其強(qiáng)度信息分別被成像芯片依次記錄下來，獲得一組N幅較低分辨率的全息圖；2)所述的計算機(jī)或電腦利用超分辨率算法，將所述的N幅較低分辨率的全息圖重構(gòu)成為N幅具有不同焦距的高分辨率全息重構(gòu)圖。根據(jù)N層樣品具有不同重構(gòu)距離，將每一幅全息圖進(jìn)行N次單次重構(gòu)，得到N組具有不同聚焦距離的單次重構(gòu)圖組，其過程是將全息探測面的強(qiáng)度信息，利用標(biāo)量衍射公式傳播至樣品面上，得到樣品面的強(qiáng)度信息。本發(fā)明的技術(shù)效果要點(diǎn)：1)本發(fā)明成像過程不需要透鏡，是通過同軸全息的強(qiáng)度圖樣對樣品圖象進(jìn)行重構(gòu)，樣品一般為生物醫(yī)學(xué)樣品，例如血液，唾液，細(xì)胞等。2)具有超分辨率效果。數(shù)字同軸全息成像結(jié)構(gòu)中加入了超分辨率算法，通過多幅低分辨率的圖像得到一幅高分辨率重構(gòu)圖像。這里多幅低分辨率圖片可以隨機(jī)移動樣品面通過相機(jī)連續(xù)采集得到，可以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，擺脫精確移動結(jié)構(gòu)。3)支持多層樣品結(jié)構(gòu)。樣品面具有多層結(jié)構(gòu)，可以同時得到多層樣品的高分辨率重構(gòu)結(jié)果。圖片像素小于成像芯片的像素尺寸，可以實現(xiàn)超分辨成像的目的。附圖說明圖1是現(xiàn)有種超分辨率算法重構(gòu)的同軸全息成像系統(tǒng)圖2是本發(fā)明超分辨算法的同軸全息成像系統(tǒng)簡圖圖3是本發(fā)明超分辨算法的同軸全息成像系統(tǒng)實物圖圖4是雙層結(jié)構(gòu)同軸全息實驗結(jié)果圖具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明基于超分辨率算法的多層同軸全息顯微成像作進(jìn)一步描述。先請參閱圖3，圖3是本發(fā)明超分辨算法的同軸全息成像系統(tǒng)實物圖，由圖可見，本發(fā)明超分辨算法的同軸全息成像系統(tǒng)，含有同軸的相干光源、設(shè)置多層樣品的樣品架和成像芯片，所述的樣品架具有驅(qū)動的微型馬達(dá)，所述的成像芯片的輸出端與計算機(jī)或電腦的輸入端相連。本實施例，相干光源1利用激光光源，波長是473nm，相干光經(jīng)過10cm的傳播距離后到達(dá)樣品面3。樣品面是雙層結(jié)構(gòu)，底層是美國空軍標(biāo)準(zhǔn)分辨率(USAF)樣板，上層是掉落在樣板另一層的灰塵。樣品面與成像層距離為3mm。相干光經(jīng)過樣品，相位發(fā)生變化，在成像平面與未經(jīng)過樣品的光干涉形成全息圖。通過微型馬達(dá)2隨意移動樣品面，多幅具有相對移動的全息圖被成像芯片4依次采集下來，記錄到電腦中。本發(fā)明在電腦上對這多幅低分辨率全息圖進(jìn)行處理。全息圖中含有雙層樣品的信息，通過MATLAB程序，找出全息圖雙層樣品的不同重構(gòu)距離，使雙層的樣品分別能很好的聚焦。利用兩個重構(gòu)距離，分別對多幅低分辨率全息圖進(jìn)行單次重構(gòu)，得到兩層樣品的有相對移動的重構(gòu)圖。超分辨率算法即可以應(yīng)用在兩組低分辨率重構(gòu)圖中，分別進(jìn)行圖片重構(gòu)，即可得到兩幅具有高分率的樣品重構(gòu)圖，如圖4所示，(a)為USAF樣板面的高分辨率重構(gòu)圖，(b)為樣板另一面灰塵的高分辨率重構(gòu)圖，(1)點(diǎn)含有明顯的灰塵樣品，(2)點(diǎn)為USAF樣板中較小光柵結(jié)構(gòu)，(a)中(2)點(diǎn)光柵具有很好的重構(gòu)結(jié)果，而(1)點(diǎn)中灰塵重構(gòu)結(jié)果并不理想，(b)中(1)點(diǎn)灰塵重構(gòu)結(jié)果理想，而并不能清晰呈現(xiàn)(2)中小光柵結(jié)構(gòu)。實驗表明，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡化、可用于各種典型的多層生物樣品及非生物樣品的特點(diǎn)，成像方法是確定性方法，具有超分辨率效果。通過多幅低分辨率的圖像得到高分辨率重構(gòu)圖像。當(dāng)前第1頁1 2 3 當(dāng)前第1頁1 2 3