武绎宸、曲俞睿

LENS-FREE MICROSCOPY

SUMMARIZELens-free microscopy

项目背景项目背景 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

实现方法实现方法 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

项目进展和分工项目进展和分工要求 内容 模块 分工 情况基本项目 非相干光无

透镜显微镜硬件平台搭建

武绎宸 √

结果分析 武绎宸 √项目扩展 相干光无透

镜显微镜硬件平台搭建

武绎宸 √

算法设计 武绎宸、曲余睿 √程序编写 武绎宸、曲余睿 √结果分析 武绎宸、曲余睿 √算法优化 武绎宸、曲余睿 √

INCOHERENT SYSTEMLens-free microscopy

系统原理系统原理 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

系统搭建系统搭建 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

系统结果系统结果

0.5mm

0.5mm

系统结果系统结果

0.5mm0.5mm

结果分析结果分析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

COHERENT SYSTEMLens-free microscopy

系统原理：数字全息系统原理：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

系统搭建系统搭建 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

系统结果系统结果

0.5mm0.5mm

系统结果系统结果

0.5mm0.5mm

结果分析结果分析

结果分析结果分析

结果分析结果分析

结果分析结果分析

结果分析结果分析 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

POSTSCRIPTLens-free microscopy

系统优点系统优点 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

遇到的困难和解决遇到的困难和解决 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

待改进之处待改进之处 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

项目经费项目经费名称 功能 经费网络摄像头 CMOS 成像面 14.7元LED 光源 5 元万能板 驱动电路搭建 11.5元杜邦线 驱动电路搭建 3.6元

总计： 24.8元

Thanks

请多多指正