定量相位显微(Quantitative Phase Microscopy, QPM)将相位成像和光学显微技术相结合, 为微观物体的三维形貌、透明物体的厚度/折射率分布提供了一种快速、无损、高分辨率测量手段。然而, 传统QPM成像系统依然是一个衍射受限系统, 高分辨率与大视场难以同时兼顾。因此, 如何在保持大视场的前提下提高成像空间分辨率是QPM亟需解决的问题之一。近年来, 国内外学者采用离轴照明、散斑照明、结构照明、以及亚像元技术形成“合成数值孔径”, 实现了QPM的大视场、高分辨成像。文中对以上QPM的分辨率增强技术进行了综述, 并对不同方法的优缺点进行了分析。

阐明了编码孔径相关全息记录和再现的基本原理,介绍了现有记录编码孔径相关全息图的系统与方法,着重分析了成像系统的分辨率及再现像质量,并讨论了该技术目前存在的问题与研究方向。编码孔径相关全息已经在动态三维成像、多光谱成像、自适应光学,以及生物医学、**等领域中展现出了其应用潜力。

提出了一种实现动态目标散射成像的方法。通过四步相移干涉法测量得到光学传输矩阵,数值仿真了相位共轭、Tikhnov正则化和全变分最小化三种重建算法对透过散射介质的不同动态目标的跟踪与重建,并搭建实验装置,验证了此方法的可行性,分析比较了三种算法的重建能力。结果表明,全变分最小化算法的重建效果最好。该方法为生物医学领域中透过散射介质对动态目标成像提供了新思路。

基于光学传输矩阵实现透过散射介质进行聚焦和成像是近年来光学领域的研究热点。为了测量得到散射介质的光学传输矩阵，并利用光学传输矩阵研究散射介质的特殊性质，首先结合三步相移干涉法测量磨砂玻璃的光学传输矩阵，分析哈达玛基和笛卡尔基下光学传输矩阵的特征值分布特点，然后基于笛卡尔基下的光学传输矩阵以及相位共轭的思想，实现透过散射介质的单点聚焦和多点聚焦，验证散射介质的聚焦点可控特性; 研究相机处于不同位置时透过散射介质的聚焦性质，测量光学系统的焦深; 基于聚焦点可控性质及光学系统焦深，验证系统中磨砂玻璃的类透镜性质。结果表明：三步相移干涉法测量散射介质光学传输矩阵的测量时间短，聚焦的增强因子较高; 哈达玛基和笛卡尔基下光学传输矩阵的实部和虚部的特征值分布均服从高斯分布，与理论结果比较符合，验证了三步相移干涉法对散射介质光学传输矩阵测量的正确性; 所述系统的可聚焦焦深较长，且在焦深范围内均可实现单点聚焦和多点聚焦。