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LENS-FREE MICROSCOPY

LENS-FREE MICROSCOPY. 武绎宸、曲俞睿. Lens-free microscopy. SUMMARIZE. 项目背景. 无透镜显微镜是最近几年兴起的话题 优势 一是简单轻便 二是成本低 三是便于终端集成 该领域比较活跃的是 UCLA 的 Ozcan 小组 我国还没有任何相关研究或产品出现. 实现方法. 匡老师： 给你两个备选方案参考： 这是一个方案： http://blog.makezine.com/projects/make-14/lensless-microscope/

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Presentation Transcript

  1. LENS-FREE MICROSCOPY 武绎宸、曲俞睿

  2. Lens-free microscopy SUMMARIZE

  3. 项目背景 • 无透镜显微镜是最近几年兴起的话题 • 优势 • 一是简单轻便 • 二是成本低 • 三是便于终端集成 • 该领域比较活跃的是UCLA的Ozcan小组 • 我国还没有任何相关研究或产品出现

  4. 实现方法 • 匡老师： • 给你两个备选方案参考： • 这是一个方案： http://blog.makezine.com/projects/make-14/lensless-microscope/ • 另外一个方案：ozcan 组发表的论文 M. Lee, O. Yaglidere, and A. Ozcan, “Field-portable reflection and transmission microscopy based on lensless holography,” Biomedical Optics Express (2011) DOI:10.1364/BOE.2.002721

  5. 实现方法 • 非相干光方法 • 十分接近的放置在CCD或CMOS传感器表面 • 在非相干光的照射下 • 投射阴影反应物体的光响应的分布 • 放大倍率为传感器的大小与显示器的大小之比 • 相干光方法 • 非散射光和物体透射光进行干涉，反映相位分布 • 干涉图像记录在CCD上 • 计算机后期处理重建物体图像

  6. 项目进展和分工

  7. Lens-free microscopy INCOHERENT SYSTEM

  8. 系统原理 • 十分接近的放置在CCD或CMOS传感器表面 • 在非相干光的照射下 • 投射阴影反应物体的光响应的分布 • 放大倍率为传感器的大小与显示器的大小之比

  9. 系统搭建 • 机械结构：由遮光成像筒和滑动调节桶组成 • 光源：高亮白光LED，USB供电。 • 传感器：摄像头的CMOS芯片，USB供电。 • 小孔直径：约0.5mm • 小孔到被照物距离：约5cm • 被照物到CCD像面距离：<1mm

  10. 系统结果 0.5mm 0.5mm

  11. 系统结果 0.5mm 0.5mm

  12. 结果分析 • CCD尺寸 • 2mm × 1.5mm • 图像尺寸 • 640×480 pixels • 分辨率 • 3.125um • 达到10um分辨率的基本要求

  13. Lens-free microscopy COHERENT SYSTEM

  14. 系统原理：数字全息 • 干涉记录 • 衍射重现 • 等价为一个傅里叶变换的运算

  15. 系统搭建 • 机械结构：由遮光成像桶和LD准直桶构成 • 光源：650nmLD，USB供电 • 传感器：与非相干系统复用 • 小孔直径：15um • 小孔到被照面距离：约4cm • 被照面到像面距离：约1.5cm

  16. 系统结果 0.5mm 0.5mm

  17. 系统结果 0.5mm 0.5mm

  18. 结果分析

  19. 结果分析

  20. 结果分析

  21. 结果分析

  22. 结果分析 • 还原出物面的波前分布 • 微米小球的直径10um，估算分辨率在1.5um • LD光源线宽1.5umPINHOLE直径15um保证相干性 • 去除背景 • 未去除背景时还原小球淹没在背景强光中，呈现暗色 • 去除背景后只含小球相位信息，小球还原为亮色 • 程序优化操作 • 背景去除 • SG平滑

  23. Lens-free microscopy POSTSCRIPT

  24. 系统优点 • 系统可靠性好 • 共轴的分步、精确调节 • 热熔胶固定 • 系统效率高 • 侧窗方便样品的取放 • FFT算法效率和精确度远高于积分 • 成本低 • 仅购买了摄像头、LD和LED，十几元 • 利用生活废弃物搭建系统

  25. 遇到的困难和解决 • 前沿科研领域 • 没有中文文献、没有参考代码、没有前人经验的“三无状态” • 啃英文文献 • 光学精度光路准直、小孔尺寸和形状问题 • 饮料瓶的螺纹结构、口香糖瓶的盖结构 • 激光准直桶预调节 • 利用现成的pinhole • 缺乏数字全息算法的背景知识 • 利用文献自己研究 • 感谢匡老师提供的文章给了很大的方向性指导帮助 • 项目时间不足 • 五周时间 • 基本每个晚上都在讨论原理、算法，编写新的算法 • 每个周末都在优化系统结构、和系统精密程度

  26. 待改进之处 • 系统稳定性提高 • 更加精密光学机构 • 大规模全套PVC制作工艺 • 算法的优化 • 噪声进一步滤除 • 背景自动均匀算法 • 产品化 • GUI • 高效率算法 • 标准CCD

  27. 项目经费 总计：24.8元

  28. 请多多指正 Thanks

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