基于并行计算的实时数字全息显微镜

李勇; 毛磊; 章海军; 马利红; 王辉

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.002

基于并行计算的实时数字全息显微镜

1.
浙江宁波永新光学股份有限公司, 宁波 315040;
2.
浙江大学光电信息工程学系, 杭州 310017;
3.
浙江师范大学信息光学研究所, 金华 321004

作者简介: 李勇(1972-),男,教授,博士,现主要从事数字全息、光学3维传感及3维显示的研究。E-mail:liyong@zjnu.cn.

基金项目:
国家自然科学基金资助项目(61205012)
中图分类号: O438.1

Real-time digital holographic microscopy based on parallel calculation

1.
Ningbo Yongxin Optics Co. Ltd., Ningbo 315040, China;
2.
Department of Optical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310017, China;
3.
Institute of Information Optics, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, China
CLC number: O438.1

摘要: 为了实现实时数字全息显微观测,采用数字全息并行算法达到实时再现要求。首先根据设计的数字全息显微镜光路结构,充分利用图像传感器空间带宽积,通过实时记录方案采集全息图、物光强及参考光强以消除0级;然后通过设计的并行再现软件,将采集到的图像均匀分割为4个区域,交由4个进程分别同时计算,每个进程实现对应区域的全息图再现后,将每个再现结果再均分成4个区域,并将对应区域重新组合成4组数据交由4个进程分别同时进行叠加,计算相位及强度;最后将4个进程计算得到的相位、强度重新拼接成完整的再现强度及相位图。结果表明,系统的数据采集和图像再现速度达到了18frame/s。该设计系统实现了实时全息显微观测。
- 全息 /
- 全息测量 /
- 数字再现 /
- 空间频谱分析
Abstract: For real-time measurement of digital holographic microscopy (DHM), a parallel algorithm was proposed. Firstly, real-time recording strategy was adopted to record hologram, intensity of object wave and intensity of reference wave according to light path of DHM. Zero-order of hologram was removed by this strategy. So, the product of spatial band-width of image sensor was efficiently utilized. Then, parallel reconstructing software was developed. The captured image was separated to four partitions and was sent to four procedures which run simultaneously. After the partitions were reconstructed by the corresponding procedure, each reconstructed result was separated to four regions. The corresponding regions were combined to four groups and were sent to four procedures for superposing and calculating phase and intensity. Finally, the whole phase and intensity map were obtained by merging four regions of phase and intensity. The experimental results reveal that the speed for image capture and hologram reconstruction is up to 18frame/s. Real-time measurement is realized with the proposed system.
- holography /
- holographic measurement /
- digital reconstruction /
- spatial spectrum analysis

[1]	ZHU L W, ZHOU C H, WU T F, et al. Femtosecond off-axis digital holography for monitoring dynamic surface deformation[J]. Applied Optics, 2010, 49(13):2510-2518.
[2]	BOUCHERIT S, BOUAMAMA L, BENCHICKH H, et al. Three-dimensional solid particle positions in a flow via multiangle off-axis digital holography[J]. Optics Letters, 2008, 33(18):2095-2097.
[3]	KEMPER B, CARL D, SCHNEKENBURGER J, et al. Investigation of living pancreas tumor cells by digital holographic microscopy[J]. Journal of Biomedical Optics, 2006, 11(3): 034005.
[4]	YU L F, MOHANTY S, ZHANG J, et al. Digital holographic microscopy for quantitative cell dynamic evaluation during laser microsurgery[J]. Optics Express, 2009, 17(14): 12031-12038.
[5]	ZHAO J, WANG D Y, LI Y, et al. Experimental study on the quantitative phase-contrast imaging of the biological samples by digital holographic microscopy[J]. Chinese Journal of Lasers, 2010, 37(11):2906-2911(in Chinese).
[6]	WENG J W, ZHONG J G, HU C Y. Digital reconstruction based on angular spectrum diffraction with the ridge of wavelet transform in holographic phase-contrast microscopy[J]. Optics Express, 2008, 16(26): 21971-21981.
[7]	DU Y, ZHANG Y A, QIAN X F, et al. The design of real-time digital hologram reconstruction system by mixed programming[J]. Laser Technology, 2011, 35(6):841-843(in Chinese).
[8]	MARQUET P, RAPPAZ B, MAGISTRETTI P, et al. Digital holographic microscopy: a noninvasive contrast imaging technique allowing quantitative visualization of living cells with subwavelength axial accuracy[J]. Optics Letters, 2005, 30(5): 468-470.
[9]	KEMPER B, VON B G. Digital holographic microscopy for live cell applications and technical inspection[J]. Applied Optics, 2008, 47(4): A52-A61.
[10]	QIU P Z, WANG H, JIN H Z, et al. Study on the simplified phase-shifting digital holographic microscopy[J]. Optik, 2010, 121(14):1251-1256.
[11]	MA L H, WANG H, LI Y, et al. Effect of system parameters on the reconstructed image quality in digital holographic microscopy[J]. Acta Photonica Sinica, 2011, 40(2):300-307(in Chinese).
[12]	MA L, WANG H, LI Y, et al. Partition calculation for zero-order and conjugate image removal in digital in-line holography[J]. Optics Express, 2012, 20(2):1805-1815.

[1]	王华英 , 王广俊 , 谢建军 , 赵洁 , 王大勇 . 数字全息显微中的准直光再现. 激光技术, 2008, 32(2): 131-133,136.
[2]	宋修法 , 于梦杰 , 王华英 , 刘佐强 , 高亚飞 , 刘飞飞 . 物光与参考光强度比对数字全息再现像质的影响. 激光技术, 2014, 38(6): 859-862. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.06.029
[3]	张引科 , 王存帅 , 郝劲波 . 改善数字全息再现像质量的背景强度补偿法. 激光技术, 2013, 37(2): 204-206. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.02.016
[4]	侯瑞宁 . 希尔伯特变换在同轴数字全息再现中的应用. 激光技术, 2013, 37(3): 362-364. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.03.021
[5]	任真 , 樊则宾 , 李俊昌 , 邴小林 , 李兴华 . 精密测量微小转角的数字全息方法及应用. 激光技术, 2012, 36(6): 798-801. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.021
[6]	简献忠 , 周海 , 乔静远 , 李莹 , 王佳 . 基于全变差重构算法的数字全息研究. 激光技术, 2014, 38(2): 236-239. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.02.019
[7]	王晓惠 , 刘超 , 陆英仕 , 楼宇丽 . 基于彩色数字全息的透镜焦距检测. 激光技术, 2015, 39(4): 562-565. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.04.030
[8]	陈翠茹 , 王华英 , 赵宝群 , 王学 , 朱巧芬 , 王杰宇 , 王文健 , 雷家良 . 基于UMnet的数字全息相位解包裹. 激光技术, 2023, 47(1): 73-79. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.01.011
[9]	向东 , 桂进斌 , 刘超 , 郑立婷 , 楼宇丽 , 宋庆和 . 数字全息波前准确重建的实验研究. 激光技术, 2017, 41(3): 406-410. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.03.020
[10]	张庆生 , 吕晓旭 , 余清婷 , 刘赣勇 . 基于灰度相关的数字全息孔径合成方法. 激光技术, 2009, 33(3): 276-278,282.
[11]	胡振华 , 伏云昌 , 张永安 , 杜源 . 组件对象模型技术在数字全息中的应用. 激光技术, 2011, 35(5): 586-588. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.05.003
[12]	张中恒 , 李重光 , 李靖哲 , 缪正祥 , 刘营 . 无透镜傅里叶变换数字全息中的相位补偿. 激光技术, 2013, 37(5): 596-600. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.008
[13]	徐青 , 曹娜 , 曹亮 , 韩长材 , 雷岚 , 王清华 . 静电雾化场的数字全息实验研究. 激光技术, 2013, 37(2): 143-146. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.02.002
[14]	陈希慧 , 焦春妍 , 李俊昌 . 空间载波相移法用于全息CT测量气体温度场. 激光技术, 2006, 30(4): 412-414.
[15]	曹娜 , 徐青 , 曹亮 , 崔广斌 , 薛军 , 马继明 , 张占宏 . 高清晰度粒子全息再现像的获取方法. 激光技术, 2009, 33(4): 419-421,425. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.04.025
[16]	张建强 , 张亚萍 , 吴上 , 陈伟 , 王鹏 . 计算全息快速获得不同形式再现像的研究. 激光技术, 2013, 37(1): 40-43. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.01.010
[17]	高亚飞 , 郭海军 , 宋修法 , 于梦杰 , 王华英 . 基于希尔伯特变换的数字全息位相重构技术. 激光技术, 2015, 39(2): 266-269. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.025
[18]	桂进斌 , 宋庆和 , 李俊昌 , 楼宇丽 . 彩色数字全息常见波面重建算法的实现与比较. 激光技术, 2015, 39(2): 176-181. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.006
[19]	刘柳 , 姚燕 , 蔡晋辉 , 梁晓瑜 . 基于数字全息的甲烷-氧气预混火焰温度场研究. 激光技术, 2022, 46(3): 408-414. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2022.03.018
[20]	丁伟 , 孔勇 , 杜彤耀 , 钱心磊 , 王振伟 . 基于时空域退偏的数字全息成像去噪研究. 激光技术, 2021, 45(1): 115-120. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.01.020

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