技术特征：
1.一种基于宽光谱偏焦相位恢复的生物成像装置，其特征在于：包括照明单元、分束镜(7)、光谱测量单元及生物成像单元；所述照明单元发出宽光谱的照明光入射到分束镜(7)，分为反射光束和透射光束；所述光谱测量单元包括沿分束镜(7)反射光路依次设置的第三透镜(8)和光谱仪(9)；所述生物成像单元包括沿分束镜(7)透射光路依次设置的第四透镜(12)和探测器(13)；所述分束镜(7)与第四透镜(12)之间用于放置待测生物样品(10)；所述探测器(13)在第四透镜(12)的负离焦面a、焦平面b及正离焦面c位置处接收相应的探测光强；定义透射光束传输方向为正方向，所述负离焦面a与焦平面b的距离为-δz，所述正离焦面c与焦平面b的距离为δz，其中f为第四透镜(12)的焦距。2.根据权利要求1所述的基于宽光谱偏焦相位恢复的生物成像装置，其特征在于：还包括一维平移台(14)，所述一维平移台(14)用于放置探测器(13)。3.根据权利要求1或2所述的基于宽光谱偏焦相位恢复的生物成像装置，其特征在于：还包括二维平移台(11)，所述二维平移台(11)用于放置生物样品(10)。4.根据权利要求3所述的基于宽光谱偏焦相位恢复的生物成像装置，其特征在于：所述照明单元采用柯勒照明，包括白光光源(1)、沿白光光源(1)出射光路依次设置的第一透镜(2)、第二透镜(5)以及滤光片(6)。5.根据权利要求4所述的基于宽光谱偏焦相位恢复的生物成像装置，其特征在于：所述照明单元还包括依次设置在第一透镜(2)和第二透镜(5)之间的第一光阑(3)和第二光阑(4)。6.一种基于宽光谱偏焦相位恢复的生物成像方法，其特征在于，包括以下步骤：1)光谱仪(9)测量宽光谱照明光的光谱成分光谱仪(9)测量宽光谱照明光的光谱成分，得到宽光谱照明光中的波段组成：λ＝[λ1,
····
λ
i
,
···
λ
n
]，i∈[1,n]，λ
i
表示第i个波长信息，各个波长所占权重α＝[α1,
····
α
i
,
···
α
n
]，并且α1+
···
α
i
+
···
α
n
＝1；2)宽光谱偏焦技术获得探测光强探测器(13)依次在距离焦平面-δz的负离焦面a、焦平面b和距离焦平面δz的正离焦面c三个位置处探测，获取相应的三个探测光强i-δz
(x1,y1)，i
f
(x2,y2)和i
δz
(x3,y3)；其中，(x1,y1)，(x2,y2)和(x3,y3)分别为负离焦面a、焦平面b和正离焦面c的坐标，离焦量f为第四透镜(12)的焦距；3)基于宽光谱相位恢复方法实现生物样品成像3.1)初始假设焦平面b光场分布为：u
f
(x2,y2)＝[α1u
f
(x2,y2,λ1),
···
α
i
u
f
(x2,y2,λ
i
),
···
α
n
u
f
(x2,y2,λ
n
)]，i∈[1,n]；其中，u
f
(x2,y2,λ
i
)＝exp[jφ
f
(x2,y2,λ
i
)]，φ
f
(x2,y2,λ
i
)为波长λ
i
对应的相位假设初值，定义迭代次数为m，m为大于等于1的整数，初始迭代次数m＝1；3.2)焦平面b光场u
f
(x2,y2)正向衍射传输至正离焦面c，正离焦面c光场分布为：u
δz
(x3,y3)＝p
weight
[u
f
(x2,y2),δz]＝{α1p[u
f
(x2,y2,λ1),δz],
···
α
i
p[u
f
(x2,y2,
λ
i
),δz],
···
α
n
p[u
f
(x2,y2,λ
n
)],δz}；其中，p
weight
为多波长权重角谱传输算子，p为单波长角谱传输算子；3.3)用正离焦面c实际的探测光强i
δz
(x3,y3)，替代正离焦面c的计算光强，保留相位，求得更新的正离焦面c光场分布u'
δz
(x3,y3)；3.4)更新的正离焦面c光场u'
δz
(x3,y3)逆向传输至焦平面，焦平面b的更新光场分布为3.5)用焦平面b实际的探测光强i
f
(x2,y2)，替代焦平面b的计算光强，保留相位，求得更新的焦平面b光场分布3.6)更新的焦平面b光场分布逆向传输至负离焦面a，负离焦面a的光场分布为3.7)用负离焦面a实际的探测光强i-δz
(x1,y1)，替代负离焦面a的计算光强，保留相位，求得更新的负离焦面a光场分布u'-δz
(x1,y1)；3.8)更新的负离焦面a光场u'-δz
(x1,y1)正向传输至焦平面b，焦平面b的更新光场分布为3.9)用焦平面b实际的探测光强i
f
(x2,y2)，替代焦平面b的计算光强，保留相位，求得更新的焦平面b光场分布3.10)更新的焦平面b光场逆向传输至生物样品面，获得生物样品面的光场分布为：分布为：其中，γ
weight
为多波长权重透镜传输算子，γ为单波长透镜传输算子，(x0,y0)为生物样品面的坐标；3.11)计算误差评价函数mse或均方根rms，当误差评价函数mse或均方根rms小于相应的阈值时，迭代停止，执行3.12)；否则，m＝m+1，的阈值时，迭代停止，执行3.12)；否则，m＝m+1，返回3.2)；3.12)根据更新的焦平面b光场求得生物样品(10)的相位分布：实现生物样品成像，其中angle代表求相位操作。7.根据权利要求6所述的一种基于宽光谱偏焦相位恢复的生物成像方法，其特征在于：步骤3.3)中，所述更新的正离焦面c光场分布u'
δz
(x3,y3)通过以下公式获得：步骤3.5)中，所述更新的焦平面b光场分布通过以下公式获得：
步骤3.7)中，所述更新的负离焦面a光场分布u'-δz
(x1,y1)通过以下公式获得：步骤3.9)中，所述更新的焦平面b光场分布通过以下公式获得：8.根据权利要求7所述的一种基于宽光谱偏焦相位恢复的生物成像方法，其特征在于：步骤3.11)中，所述误差评价函数mse的计算公式为：m＝1时，mse＞10-5
；m>1时，所述误差评价函数mse的阈值为10-5
。9.根据权利要求8所述的一种基于宽光谱偏焦相位恢复的生物成像方法，其特征在于：步骤1)中，所述照明单元采用柯勒照明。
技术总结
本发明提供了一种基于宽光谱偏焦相位恢复的生物成像装置及方法，以解决传统技术扫描过程复杂和采用相干光源易在探测光强中引入干涉条纹，影响生物样品成像清晰度的技术问题。本装置包括照明单元、分束镜、光谱测量单元及生物成像单元，生物成像单元包括沿分束镜透射光路依次设置的第四透镜和探测器，分束镜与第四透镜之间用于放置待测生物样品；本方法通过探测器在第四透镜的负离焦面A、焦平面B以及正离焦面C接收相应的探测光强，再结合基于宽光谱的相位恢复方法，实现对生物样品的成像。本发明扫描过程简便，采用宽光谱照明，避免了相干光照明时干涉条纹对成像清晰度的影响，也可实现对生物样品的无染色及定量相位成像。可实现对生物样品的无染色及定量相位成像。可实现对生物样品的无染色及定量相位成像。
技术研发人员：陈晓义 杜卓航 段亚轩
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：2022.04.22
技术公布日：2022/6/14