CN102866494A - 被全息捕获三维结构的全息显微术 - Google Patents

Abstract

被全息捕获三维结构的全息显微术。一种用于进行光学捕获的结构的三维全息显微术的方法和系统。该方法和系统使用倒置光学显微镜，使用产生捕获激光束的激光光源，其中该激光束被物镜聚焦成多个光陷阱。该方法和系统还使用成像波长上的准直激光器，照明由光陷阱建立的结构。由光学捕获的结构散射的成像光形成全息图，该全息图由视频摄像机成像并用光学形式体系进行分析，以确定光场，再现3-D像，供分析和评估。

Description

被全息捕获三维结构的全息显微术

本申请是申请日为2008年1月25日、申请号为200880003125.2、发明名称为“用于光学捕获和材料检查的全息显微系统和方法”一案的分案申请。

交叉参考相关申请

本申请根据35U.S.C.119(e)，要求2007年1月26日提交的美国申请60/897,784的权益，在此全文引用该申请，供参考。

依照国家科学基金（National Science Foundation）资助编号DBI-0629584和资助编号DMR-0606415的资助，美国政府在本发明中具有确定的权利。

本发明针对全息光学捕获系统，该系统使用由计算机建立的全息图所产生的光陷阱，来组织材料，并以三维（3-D）方式应用显微镜光学装置，来检查和分析该材料。更具体地说，是一种全息视频显微镜系统，它使用实时分辨的3-D微结构的体积像，完成材料组合的分析和检查。

背景技术

全息光学捕获使用计算机产生的全息图，捕获微米尺度的物体并将其组织成任意的三维配置。在用于检验光学捕获的结构的现有技术中，除常规的两维显微术外，尚没有补充的方法可供使用。对各种应用，诸如，在把全息组织的系统固定在适当位置前，验证这些系统的结构，三维成像是有用的。对互作用地处理及检查三维结构的物体，诸如生物试样，三维成像也是有用的。综合三维成像与全息捕获，看来是直截了当的，因为两种技术都能使用相同的物镜，分别收集和投射激光器的光。但是，常规的三维成像方法，诸如共焦显微术，需要在机械上平移焦平面通过样品。但是，全息阱是相对于焦平面定位的，也一样需要移动。捕获图形必需平移，以补偿显微镜的机械运动，这样将大大增加复杂性，极大地降低成像速度，及可能弄碎接受检验和分析的样品。

发明内容

数字全息显微术解决现有技术的所有问题，给出实时三维（3-D）成像数据，无需任何机械运动，包含不必平移焦平面通过受分析的样品。同轴全息显微术特殊的可兼容的多样性，用准直激光器代替亮场显微镜中的常规照明器。被物体散射出激光束的光，与入射照明的剩余部分干涉，产生外差散射图形，该外差散射图形被物镜放大并用视频摄像机记录。只要该干涉图形没有被许多光散射弄模糊，那么它就包含有关该散射体的三维配置的全面信息。在得到的视频流中每一幅两维瞬态图，都是对时间分辨体积信息的编码，该时间分辨体积信息能够被直接分析，或数值解码为三维表示。该系统和方法能实现在全息光学处理系统中的数字全息显微术的迅速商业利用，且该系统和方法使用组合的能力，直接评定两种技术的精度并建立任何限制。

本发明的各种细节方面在本文后面描述，而本发明的这些和其他改进及特征，则在本文后面详细描述，其中包括下面一段中对附图的说明。

附图说明

图1表明按照本发明构建的系统；

图2A表明，在xy平面中捕获的5个胶体球（标尺为5微米）的常规亮场像；图2B表明图2A绕y轴旋转45°的图形；图2C表明在xy平面中看到的图2B旋转的图形的亮场像；图2D表明在xy平面中看到的相同结构的相干像；而图2E表明，通过该倾斜图形的xz截片的全息再现（圆圈标明所指粒子的坐标）。

图3A表明在焦平面上方x=17微米处捕获的单个球的在xy平面中记录的全息照片；图3B表明由图3A再现的散射场的实部；图3C表示用在x=0处的球记录的全息图；图3D表示散射场的轴向部分，该散射场是使受支配的胶体球，按Δ_z=0.122μm的微米步长平移通过焦平面而得到的；图3E表示使用常规照明的等价再现；而图3F表明从图3B和图3D得到的轴向强度分布，证实轴向再现的精度；和

图4A表示对xy平面中和图4B的zy平面中被遮挡物体的分辨率极限。

具体实施方式

图1画出按照本发明构建的综合系统10的示意表示。系统10以倒置光学显微镜（例如Zeiss Axiovert S100-TV）为基础，配以100×NA 1.4的油浸物镜20。该透镜20既用于投射全息光陷阱，也用于收集捕获的物体的同轴全息像。全息阱最好用工作在532nm波长的倍频二极管泵浦固态激光器25（例如Coherent Verdi）驱动，以产生输入激光束30。液晶空间光调制器35（例如Hamamatsu PAL-SLMX7550）用对需要的捕获图形编码的纯相位全息图，对该光束的波前打上印记。然后，已修改的捕获光束40被中继到物镜20的输入光瞳并被聚焦成光陷阱。

捕获光束40最好用调谐到捕获激光器波长的分色镜50，中继到物镜20。其他波长则通过分色镜50，并在CCD摄像机60（例如NECTI-324AII）上成像。在最可取的实施例中，白炽灯照明器与会聚透镜62的标准组合，被氦氖激光器代替，该氦氖激光器提供5mW的相干光准直光束，空气中的波长是λ=632nm。该系统10还包括计算机65，用本领域熟知的常规软件，执行本文给出的所有方程式的计算，以处理检测的像数据和分析这些像数据。计算机65还可以包含任何常规可执行的存储器，诸如ROM、RAM、或其他能存储程序、数据、或其他指令的熟知的存储器，这些指令的执行，能够满足本文描述的分析功能。

图2A表明在三维图形中全息捕获的胶体球70的全息成像。这些1.53μm直径的石英球70（Bangs Labs Lot No.L011031B），被分散于限制在裂孔内的50μm厚的水层中，该裂孔是把＃1.5盖波片的边缘密封到清洁的显微镜载玻片表面构成。每一球70在分开的点状光学镊子中被捕获，而各个光陷阱在三维中被独立地定位。图2A表示排列在焦平面中的球或粒子70的常规亮场像。以略为位移的捕获位置投射一系列的全息图，使我们能在三维中旋转整个图形，如图2B中所示。随着粒子70离开焦平面的运动，它们的像变得模糊，如在图2C看到那样。要从该像确定最大距离的各粒子70是否存在，确实是困难的。

图2D表示相同的视场，但用激光照明。因为粒子散射的激光器的光与输入激光束30未被衍射部分的相干叠加，每一粒子70在该像中出现。像中的其他特征，是由系统10的光学序列中的表面的反射、折射、和散射而产生的。通过减去视场中没有粒子或没有被捕获的结构所获得的参考像，能够使这些特征减至最小。

在两维实值像，诸如图2A-2E的像中，对足够的信息编码，以至少近似地再现三维复值光场。图2E中的像是一个例子，表示数值再现的通过粒子70的阵列的竖直断面。这一点证明，组合全息显微术与全息光学捕获的可行性。该再现与阵列预计的45°倾斜一致，也与粒子70之间已校正的5.9μm距离一致。计划的粒子坐标用叠加在像上的圆圈画出。这一定量的比较证明了用于验证全息组合的全息显微术的实用性。因为诸如图2D的全息像，能够以视频摄像机60的最大帧速率获得，所以全息显微术给出的实时数据采集的好处，优于共焦和去卷积显微术。

在最可取的实施例中，能够从瑞利-索莫菲形式体系（Rayleigh-Sommerfeld formalism）的使用，获得非常精确的结果，因为诸如图2D的全息图，是在与光波长可比的尺度上形成的。被在显微镜焦平面上方高度z处的物体散射的场u(r,z)，传播到焦平面，在焦平面上，与激光照明的未衍射部分构成的参考场a(r)干涉。描述物体场沿光轴80传播的瑞利-索莫菲传播函数为：

$h_z\left(r\right)=-\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{\∂}{\∂z}\frac{e^{\mathrm{ikR}}}{R},---\left(1\right)$

这里R²＝r²+z²，而k=2πn/λ是光在折射率n的媒质中的波数。焦平面中的场是卷积因此，观察到的干涉图形是：

方程式（2）中第一项，能够用视场中没有物体时测量强度来近似。图2D是从测得的干涉图形中减去这样一个参考像获得的。如果我们还假设，散射场比参考场暗得多，则方程式（2）中第二项超过第三项。在这种情形下，

为再现u(r)给出合理的基础。

方程式（3）的分析能够通过假设参考场a(r)=1而简化。但是，在我们的申请中，照明激光捕获光束40，在到达焦平面前通过非均匀样品。任何产生的振幅变化，能够通过用|a(r)|使I(r)归一化而消除。照明相位中的结构，不能以此方式补偿，而必须假设该结构比任何感兴趣的特征的变化更为平缓。

再现三维强度场，最容易是用Fourier卷积定理实施，按照该定理

$B\left(q\right)\≡{\∫}_{-\∞}^{\∞}b\left(r\right)\exp (-\mathrm{ip}\·r)d^{2}r---\left(5\right)$

$\≈U\left(q\right)H_z\left(q\right)+U^{*}\left(q\right)H_z^{*}\left(q\right),---\left(6\right)$

这里U(q)是u(r,0)的Fourier变换，而

$H_z\left(q\right)=\exp \left(\mathrm{ikz}{\[1-\frac{\mathrm{\λ}{q}^2}{2\mathrm{\πn}}\]}^{\frac{1}{2}}\right)---\left(7\right)$

是瑞利-索莫菲传播函数的Fourier变换。

对在焦平面上方高度z′处的物体场的Fourier变换的估算，是通过应用适当的瑞利-索莫菲传播函数，使有效的焦平面平移而获得的：

B(q)H_-z′(q)≈U(q)H_z-z′(q)+U·(q)H_-z-z′(q)      (8)

方程式（8）中第一项是再现场，当z′=z时，该再现场变成最佳聚焦。第二项是赝像，该赝像随z′的增加而逐渐模糊。遗憾的是，该项产生围绕z=0平面的镜像，导致焦平面以下的物体不能与焦平面以上的物体区分。这种重影出现在图2E中。

我们对在焦平面上方高度z处的复光场的最后估算是

$\mathrm{\υ}(r,z)\≡\left|\mathrm{\υ}(r,z)\right|\exp \left(\mathrm{i\φ}(r,z)\right)---\left(9\right)$

$=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2}{\∫}_{-\∞}^{\∞}B\left(q\right)H_{-z}\left(q\right)\exp (\mathrm{ip}\·r)d^{2}q---\left(10\right)$

方程式（9）能够从单幅全息瞬态图I(r)，再现受检查样品中的即时光场的体积表示。图2E中的该像，就是通过被再现的强度分布|υ(r，z)|²的断面。

图2E中每一个球，作为集中于相对暗的波纹上亮的轴向条纹，出现在物体的三维位置上。叠加在图2E上的圆圈，标明球70的预定三维位置，这些圆圈被用来计算排列球70的阱形成的全息图。在得到的再现场中，光陷阱的设计和特征之间非常良好的符合，证明该投射和成像方法两者的精度。

与现有技术中以前的报告相反，诸如图3A到3F中的那些像指出，我们的全息再现的轴向分辨率，接近衍射受限的平面内分辨率。图3A表明的全息图，是对焦平面上方高度z=17μm处的被光镊子夹持的球70之一获得的。图3B是通过从

再现的场实部的轴向断面。这一表示的优点是，最接近地模仿常规三维亮场显微术中观察到的散射场。在这种情形下，球集中在亮区和暗区之间的交会点上。在散射场符号中的这一跨越，产生强度中暗的波纹。

有效的轴向分辨率，能够通过扫描越过焦平面的球并堆叠得到的像来建立体积数据集合而评定。图3C是来自图3A在z=0处同一球的全息图。沿轴向步长Δ_z=0.122μm汇集一系列这样的像，得到图3D中的轴向断面。

能够分析在球的像中沿轴方向的结构，以便沿z以及沿x和y跟踪球70。例如，对这里研究的微米尺度的粒子或球70，质心被定位在沿散射图形轴的下游强度极大和上游强度极小之间的零点平面中。因此，胶体粒子的全息显微术，能够被用于抽取三维轨迹，它比用常规两维成像所能做到的更精确，而且远比用扫描三维成像技术快速。尤其是，平面内跟踪能够使用常规技术，而沿深度方向跟踪则要求另外的计算却没有另外的校准。

当物体沿光轴相互遮挡，如图4A和4B所示时，分析像变得更具挑战性。这里，与图2A-2E相同的球70的图形，已被转过90°，于是，4个球70沿光轴80排成一列。图4A是得到的全息图的细节，而图4B是沿该结构的竖直平面的全息再现。从图4B中央观察，所有4个球70已被分辨，哪怕它们相互直接遮挡。第5个球70，没有被其他球直接遮挡，包含在图中作为参考，且在图4A和4B中在其他球的右侧可以看到。

图4B最上面的球70，看似比更接近焦平面被捕获的那些球显著更暗；而图4A和4B通过给出光场的振幅|υ(r,z)|而不是强度，对此作了补偿。但是，参考球70不比它邻近的被遮挡的球更亮，也不比图2A-2E中任一球70更暗。说得更确切些，更下面的球70起透镜的作用，收集从上面散射的光，并把光会聚到光轴80。结果是，这些球70看似比正常的显著更亮，且它们的像发生畸变。方程式（9）在再现光场时，没有考虑这种多重光散射。

在解释这样的结果时得到的不确定性，能够通过从多个焦平面采集像，或通过从多个角度照亮被研究的样品，而不是直接的同轴照明，可以缓解该不确定性。还可以通过更精确的记录，改善所得到的结果。我们的全息像中每一像素，包含约6比特有用的信息，并且没有企图对摄像机的响应进行线性化。摄像机60设在1/2000秒的快门速度，无论如何，在每次曝光中，这样的速度允许某个粒子的运动。更宽的动态范围、校准的强度响应、和更快的快门，所有这些将给出更清晰的、更精确的全息图，从而给出更清楚的三维再现。

基于这些告诫，图4B的像突显用于三维全息处理的全息成像的潜在重要性。即使最远距离的粒子70和参考粒子两者，都被定位在投射到相同高度的光镊子中，但最远距离的粒子70看似沿光轴相对于参考粒子位移。三维可视性证实被投射的捕获场的结构。对倾斜小于约80°，表观上的轴向位移是不明显的。由此，表观轴向位移，要么反映三维成像的赝像，要么最可能是粒子70离开它们的设计配置的真实位移。这是合理的，因为从被投射到更靠近焦平面的阱来的光，对更深入样品中的被捕获粒子施加力。这种效应由于更靠近焦平面的被捕获粒子而变得更严重，这些粒子把光偏折到更远的粒子上，改变它们有效的势能阱。这种效应已经被用在沿线状Bessel光束捕获的粒子的同轴光学结合中。全息成像为测量这种畸变提供一种手段，从而为改正这种畸变提供基础。这对诸如光子异质结构的全息组合的处理过程，至关重要，光子异质结构的全息组合，有赖于对这种粒子或物体的显微镜的准确放置。

前面对本发明实施例的描述，是为演示和说明的目的而给出。不企图穷举或把本发明限制在所公开的精确形式，因为借鉴上述教导，可以进行修改和变化，或者可以从实施本发明中进行修改和变化。实施例的选取和描述，是为了解释本发明的原理和它的实际应用，以便使本领域熟练人员能在各种实施例中，并以认为适合具体应用的各种修改，利用本发明。

Claims (40)

1.在进行被光学捕获结构的3D全息显微术的方法中，包含的步骤有：提供光学显微镜；产生有输入到该倒置光学显微镜的相关联的成像波长的激光束；产生多个光陷阱，该改进包括使用有纯相位全息图的捕获激光束波前，该纯相位全息图对需要的光学捕获图形编码，且该捕获激光束有相关联的捕获波长；为该倒置光学显微镜提供物镜，该物镜用于投射该多个光陷阱及收集被捕获结构的同轴全息像两者；以及为该被捕获结构的三维全息显微术，向CCD摄像机提供该被捕获结构的像。

2.按照权利要求1的方法，还包含步骤：把分色镜插入物镜和CCD摄像机之间，该分色镜被调谐到捕获激光束的捕获波长。

3.按照权利要求1的方法，其中该像包含重影，该重影能够借助使被捕获结构离开焦平面的平移而减至最小。

4.按照权利要求1的方法，其中该成像激光束由氦氖激光器提供，该氦氖激光器有准直光束输出。

5.按照权利要求1的方法，其中该倒置光学显微镜包含焦平面，且该方法不包含用于进行被捕获结构的三维显微术的机械运动。

6.按照权利要求1的方法，还包含步骤：从CCD摄像机上形成的像中减去参考像，从而消除没有被捕获的结构存在时的变化的背景照明。

7.按照权利要求1的方法，其中被捕获结构的像，包括用于再现三维复值光场的两维实值像。

8.按照权利要求1的方法，包含用瑞利-索莫菲形式体系分析该像的附加步骤。

9.按照权利要求8的方法，其中该瑞利-索莫菲形式体系，包含分析被捕获结构沿倒置光学显微镜光轴的传播。

10.按照权利要求9的方法，其中该被捕获结构在光学显微镜焦平面的上游距离z处引起散射场u(r,z)，且该散射场u(r,z)用下式再现：

11.按照权利要求1的方法，还包含步骤：通过求解下面的方程式，再现该像的3D光场υ(r,z)：

$\mathrm{\υ}(r,z)\≡\left|\mathrm{\υ}(r,z)\right|\exp \left(\mathrm{i\φ}(r,z)\right)$

$=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2}{\∫}_{-\∞}^{\∞}B\left(q\right)H_{-z}\left(q\right)\exp (\mathrm{ip}\·r)d^{2}q$

12.按照权利要求11的方法，其中该光场υ(r,z)是从该像的单幅全息瞬态图再现的。

13.按照权利要求12的方法，还包含步骤：跟踪被捕获结构的运动。

14.按照权利要求12的方法，其中，该被捕获结构包括多个被遮挡的物体，而该三维像被再现，且在该再现光场中物体全部被分辨。

15.按照权利要求1的方法，还包含步骤：从光学显微镜的多个焦平面获取像数据，从而提高该被捕获结构像的精度。

16.在用于进行被光学捕获结构的三维全息显微术的系统中，包含：光学显微镜；用于产生捕获激光束的激光光源；为在捕获激光束上打上印记而提供纯相位全息图的空间光调制器；用于产生成像激光束的激光光源，该改进包括捕获激光束，该捕获激光束有对需要的光捕获图形进行编码的纯相位全息图；与包括倒置显微镜的该光学显微镜相关联的物镜；用于检测由于被捕获结构成像而产生的激光的CCD摄像机，且该CCD摄像机输出像数据；以及用计算机可执行的计算机软件，分析该像数据的计算机。

17.按照权利要求16的系统，其中该激光光源，包括产生相干光的准直光束的激光器。

18.按照权利要求16的系统，还包括置于物镜和CCD摄像机之间的分色镜。

19.按照权利要求16的系统，其中该计算机软件包括数学形式体系，这些数学形式体系，包含对由CCD摄像机接收的激光束光场υ(r,z)的瑞利-索莫菲确定。

20.按照权利要求16的系统，其中该瑞利-索莫菲确定，包括由计算机执行的被嵌入计算机的软件，用于计算

$\mathrm{\υ}(r,z)\≡\left|\mathrm{\υ}(r,z)\right|\exp \left(\mathrm{i\φ}(r,z)\right)$

$=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2}{\∫}_{-\∞}^{\∞}B\left(q\right)H_{-z}\left(q\right)\exp (\mathrm{ip}\·r)d^{2}q.$

21.一种进行被光学捕获结构的3D全息显微术的方法，包括步骤：

提供光学显微镜；

提供光源；

从该光源产生相干光束，且该相干光束有输入到该光学显微镜的相关联的成像波长；

产生有捕获激光束的波前的多个光陷阱，该捕获激光束具有纯相位全息图，用于对需要的光学捕获图形编码，而该捕获激光束具有相关联的捕获波长；

为该光学显微镜提供物镜，该物镜既投射该多个光陷阱又收集被捕获的一维结构的同轴全息像；

通过使用该相干光束的照明强度I₀(r)的归一化过程，处理该同轴全息像，以获得归一化强度b(r)，从而降低附加赝像到某一附加常数并抑制倍增的赝像，以便输出被处理像；

为该被光学捕获结构的三维全息显微术，向CCD摄像机提供该被光学捕获结构的该被处理像。

22.按照权利要求21的方法，其中的b(r)是：

这里 $E_s(r,0)=E_s(r,0)\widehat{\mathrm{\ϵ}}(r,0)$

u₀(r)是入射光束的振幅分布，它被假定为几乎无特性，以致u₀(r)=u₀，这里u₀是恒定电场振幅；

是入射照明的偏振，且是单位矢量，它可以是实数或复数，而该入射光是沿x方向线偏振的，所以

E_s(r,0)是被粒子散射的波的复振幅；

是被粒子散射的波的偏振；和

是取复宗量的实部的数学“实部”算符的表示。

23.按照权利要求22的方法，其中b(r)被降低到

而在高度-z上的被散射场强度

（r,-z）从b(r)被导出，从而该被散射场强度是：

${\tilde{E}}_s(r,-z)\≈\frac{e^{-\mathrm{ikz}}}{4{\mathrm{\π}}^2}{\∫}_{-\∞}^{\∞}B\left(q\right)H(q,-z)e^{\mathrm{iq}\·r}{d}^{2}q,$ 这里B(q)是b(r)-1的傅里叶变换，且这里

是瑞利-索莫菲传播函数的傅里叶变换，从而能跟踪该被光学捕获结构的平移和旋转运动。

24.按照权利要求21的方法，其中该像包含重影，该重影能够借助使该被光学捕获结构离开焦平面的平移而减至最小。

25.按照权利要求21的方法，其中的成像激光束由氦氖激光器提供，该氦氖激光器具有准直光束输出。

26.按照权利要求21的方法，其中该光学显微镜包含焦平面，并且没有机械运动需要用于进行该被光学捕获结构的三维全息显微术。

27.按照权利要求21的方法，还包含步骤：从CCD摄像机上形成的像中减去参考像，从而消除没有该被光学捕获结构存在时的变化的背景照明。

28.按照权利要求21的方法，其中该被光学捕获结构的像，包含用于再现三维复值光场的两维实值像。

29.按照权利要求21的方法，包含用瑞利-索莫菲形式体系分析该被处理像的附加步骤。

30.按照权利要求29的方法，其中该瑞利-索莫菲形式体系，包含分析该被光学捕获结构沿倒置光学显微镜光轴的传播。

31.按照权利要求30的方法，其中该被光学捕获结构在光学显微镜焦平面的上游距离z处引起散射的场u(r,z)，且该散射的场u(r,z)由下式再现：

其中

$h_z\left(r\right)=-\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{\∂}{\∂z}\frac{e^{\mathrm{ikR}}}{R},---\left(1\right)$

这里R²＝r²+z²，而k=2πn/λ是光在折射率n的媒质中的波数；

u是振幅；和

a(r)是参考场。

32.按照权利要求21的方法，还包含步骤：通过求解下面的方程式，再现该像的3D光场u(r,z)：

$u(r,z)\≡\left|u(r,z)\right|\exp \left(\mathrm{i\φ}(r,z)\right)$

$=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2}{\∫}_{-\∞}^{\∞}B\left(q\right)H_{-z}\left(q\right)\exp (\mathrm{ip}\·r)d^{2}q$

其中z是在焦平面之上的高度。

33.按照权利要求32的方法，其中该光场u(r,z)是从该被处理像的单幅全息瞬态图再现的。

34.按照权利要求33的方法，还包含步骤：跟踪该被光学捕获结构的运动。

35.按照权利要求33的方法，其中，该被光学捕获结构包括多个被遮挡的物体，以及该三维像被再现，且该被光学捕获结构在该再现光场中被分辨。

36.按照权利要求21的方法，还包含步骤：从该光学显微镜的多个焦平面获取像数据，从而提高该被光学捕获结构的像的精度。

37.一种用于进行被光学捕获的一维结构的三维全息显微术的系统，包括：

倒置光学显微镜；

用于产生捕获激光束的激光光源；

空间光调制器，用于为在捕获激光束上打上印记而提供纯相位全息图；

用于产生成像激光束的激光光源；

与该倒置光学显微镜相关联的物镜；

CCD摄像机，用于检测由该被光学捕获的一维结构的成像而产生的激光，并且该CCD摄像机输出像数据；

计算机，用于使用由该计算机执行的计算机软件分析该像数据，该计算机软件包含程序，用于通过使用该相干光束的照明强度I₀(r)的归一化过程处理该同轴全息像，以便获得归一化强度b(r)，从而降低附加赝像到某一附加常数并抑制倍增的赝像，以便输出被处理像。

38.按照权利要求37的系统，还包括置于物镜和CCD摄像机之间的分色镜。

39.按照权利要求37的系统，其中该计算机软件包括数学形式体系，这些数学形式体系，包含对CCD摄像机接收的激光束的光场b(r)的瑞利-索莫菲确定。

40.按照权利要求39的系统，其中该瑞利-索莫菲确定，包括由计算机执行的嵌入式计算机软件，用于计算

这里 $E_s(r,0)=E_s(r,0)\widehat{\mathrm{\ϵ}}(r,0)$

u₀(r)是入射光束的振幅分布，它被假定为几乎无特性，以致u₀(r)=u₀，这里u₀是恒定电场振幅；

E_s(r,0)是被粒子散射的波的复振幅；

是入射照明的偏振，且是单位矢量，它可以是实数或复数；

是被粒子散射的波的偏振；和

是取复宗量的实部的数学“实部”算符的表示。

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