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数字全息显微术，如何看得更细？
来源: | 作者:4SHQ | 发布时间: 987天前 | 1814 次浏览 | 分享到:
撰稿 | 马英 (西安电子科技大学，副教授)

说明 | 本文来自课题组投稿


自从 17 世纪光学显微镜被发明以来，就一直作为人类探索微观世界的重要工具，在许多领域发挥着不可替代的作用。然而，传统的光学显微镜只能获得样品的振幅信息，无法对透明样品进行高衬度的成像。因此，人们渴望获得一种非标记显微技术，能在自然状态下对透明样品（如活体细胞）进行长时间、高衬度跟踪观测。

数字全息显微（Digital Holographic Microscopy, DHM），通过利用 CCD/CMOS 记录被放大的物光波和参考光波的干涉图样，可再现出透明样品高衬度、定量化的相位成像，被广泛应用于工业检测、生物医学成像等领域。然而， DHM 依然是一个衍射受限系统，其空间分辨能力一直较低，并且一直存在“大视场”和“高分辨”无法兼顾的矛盾。



图 1：数字全息显微镜的原理图

上世纪 90 年代以来，光学超分辨显微成像技术得到了快速的发展，该领域的领航者 S- W. Hell，E. Betzig 和 W. E. Moerner 被授予 2014 年诺贝尔化学奖。这些方法均采用了荧光标记，利用荧光的“光切换”特性来实现超分辨成像。在过去的几十年中，科学家们在提高 DHM（无标记显微技术）空间分辨率方面也做出了许多努力。


西安电子科技大学 郜鹏 教授和南京师范大学 袁操今 教授合作在 Light: Advanced Manufacturing 上发表了题为“Resolution enhancement of digital holographic microscopy via synthetic aperture: a review（基于合成孔径数字全息显微镜分辨率增强技术）”的综述论文，回顾了  DHM 中不同分辨率增强的方法，并比较了它们的优缺点。




DHM的分辨率由照明光波长、照明和全息记录系统的数值孔径所决定: δ=kλ/(NAillum+NAimag)。DHM的分辨率增强方法可分为三种：


（1）照明调制技术
（2）全息记录系统的合成孔径技术
（3）深度学习辅助法。

照明调制技术，采用离轴照明、结构光照明和散斑照明来提高 NAillum，最终在大视场下实现 DHM 空间分辨率的提高，同时还可以实现对厚样品的三维层析。全息记录（成像）信息增强方法，通过数字/物理扩增全息图或者采用压像元技术，来提高无透镜 DHM 的