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荧光显微镜中景深和自动对焦方法的研究

作　者: 任利强
导　师: 陈晓冬
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 荧光显微镜 景深 自动对焦 多层图像融合
分类号: TH742
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


作为实验室最常用的光学仪器之一,显微镜的出现标志着原子时代的来临。根据显微成像原理不同,显微镜可分为光学显微镜和电子显微镜。荧光显微镜属于光学显微镜,是免疫荧光细胞化学的基本工具,由高压光源、滤色系统和光学系统等主要部分组成。随着CCD的诞生,计算机和数字图像处理等技术的迅速发展,数字显微系统在20世纪90年代逐步发展成为研究热点,并广泛应用于荧光显微镜等特殊光学显微镜。与传统的目视显微镜相比,数字显微镜成像效率高,速度快,并且消除了由于观察者不同而造成的主观差异性,现在绝大多数研究型光学显微镜都兼具目视观察和数字成像的功能。本文基于兼具目视观察和数字成像的荧光显微镜,首先指出了传统景深计算方法的不足,然后根据系统分辨率与景深的关系,分别提出了目视显微镜和数字显微镜中新的景深计算方法,实验结果表明,新方法得到的景深计算结果更加客观、准确。最后根据高倍成像时景深较小以及检测对象的特殊性,提出了基于灰度直方图的自动对焦评价函数及相应的搜索算法,确定了适用于荧光显微镜的自动对焦方法,并在此基础上实现了多层荧光图像融合,实验结果表明,多层图像融合的方法可较大幅度提高图像的信息量和对比度。主要工作内容如下:1、详细介绍了荧光显微镜的系统结构、分类和工作原理。分析了荧光显微镜及普通光学显微镜中,传统景深计算方法的不足和自动对焦方法在国内外的研究现状。2、深入讨论了目视显微镜的景深计算方法,根据系统分辨率和景深的关系,提出了目视显微镜中新的景深计算方法,推导了相应的计算公式,并指出在新方法中,景深的计算不需要考虑眼睛的调节作用。3、深入讨论了数字显微镜的景深计算方法,首先提出了数字显微镜中系统分辨率的确定方法,然后根据系统分辨率和景深的关系,提出了数字显微镜中新的景深计算方法,推导了相应的计算公式,实验结果表明,新方法的景深计算结果更加客观、准确。4、针对荧光显微镜高倍成像时景深较小和检测对象的特殊性,总结现有自动对焦方法并指出其不足,提出了适用于荧光显微镜的自动对焦方法,在此基础上,分析讨论了多层图像的融合方法,实验结果表明,该方法可较大幅度提高图像的信息量和对比度。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-16
  1.1 课题的研究背景  7-11
    1.1.1 荧光及免疫荧光技术  7-8
    1.1.2 荧光显微镜  8-11
  1.2 荧光显微镜景深计算方法国内外研究现状  11-13
    1.2.1 目视荧光显微镜景深的传统计算方法  11-12
    1.2.2 数字荧光显微镜景深的传统计算方法  12-13
    1.2.3 荧光显微镜中传统的景深计算方法的不足  13
  1.3 荧光显微镜自动对焦方法在国内外的研究现状  13-15
    1.3.1 国内研究现状  13-14
    1.3.2 国外研究现状  14-15
  1.4 课题研究意义及主要工作内容  15-16
第二章 目视显微镜的景深计算方法  16-27
  2.1 新的景深计算方法理论分析  16-18
    2.1.1 目视显微镜成像基本理论  16-17
    2.1.2 分辨率与景深的关系  17-18
  2.2 目视显微镜中新的景深计算方法  18-25
    2.2.1 有限远光路景深计算方法  18-21
    2.2.2 无限远光路景深计算方法  21-23
    2.2.3 照明系统对景深的影响  23-25
  2.3 计算结果与讨论  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 数字显微镜的景深计算方法  27-36
  3.1 数字显微镜成像光路及系统分辨率确定方法  27-29
  3.2 数字显微镜景深计算方法  29-32
    3.2.1 有限远光路景深计算方法  29-30
    3.2.2 无限远光路景深计算方法  30-32
  3.3 结果与讨论  32-35
    3.3.1 理论计算结果与讨论  32-33
    3.3.2 实验验证与分析  33-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章 荧光显微镜中的自动对焦与多层图像融合方法  36-54
  4.1 自动对焦方法  36-49
    4.1.1 自动对焦评价函数  36-40
    4.1.2 自动对焦搜索算法  40-42
    4.1.3 荧光显微镜中的自动对焦方法  42-49
  4.2 多层图像融合方法  49-53
  4.3 本章小结  53-54
第五章 总结与展望  54-55
  5.1 总结  54
  5.2 进一步研究的展望  54-55
参考文献  55-57
发表论文和参加科研情况说明  57-58
致谢  58

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器 > 显微镜
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