一种基于单帧图像的自动化相位解耦方法

作     者：王姣姣 黄锦槟 徐一新 徐媛媛 季颖 

作者机构：江苏大学物理与电子工程学院 

出 版 物：《激光与光电子学进展》 (Laser & Optoelectronics Progress)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(11874184) 江苏大学大学生科研课题立项资助项目(21A346) 

主　　题：相位成像 物理厚度 折射率 深度学习 数据集 

摘      要：定量相位显微技术可对透明样本进行无损、免标记成像，适合于生物细胞研究。但样本折射率和物理厚度耦合在相位数据中无法单独呈现，解耦方法需要繁琐的实验和计算流程，不能满足生物医学研究和应用中自动化实时检测的需求。针对这一不足，本文基于U-net网络，在残差结构与密集连接模块的思想下，添加注意力机制构建了一种新型语义分割网络，探究基于单幅相位图对均匀介质样本物理厚度和折射率解耦的方法。通过聚苯乙烯微球相位图构成的数据集训练模型，对具有不同几何特征的成熟红细胞样本实现了相位数据解耦，单帧相位分离得到的平均折射率相对误差为0.9%。该方法仅需样本任意方向的单幅相位图，借助标准样本训练神经网络模型以实现对特异性较高的生物细胞样本化学、物理信息的定量提取，具有数据方便采集、计算量小的特点，可为相位信息自动化定量分析提供参考。