本发明涉及细胞成像的，尤其涉及一种基于全息显微的活细胞成像方法及装置。
背景技术：
1、全息显微术是一种基于干涉和衍射原理的高分辨率成像技术，广泛应用于生物医学领域，以便于观察微小和复杂的生物样本。全息显微术最早由物理学家丹尼斯·盖伯(dennis gabor)在1940年代提出，并随后得到发展和优化。该技术通过记录和分析样本与参考光束的干涉图样，能够生成高分辨率的图像，不需要对样本进行物理切割或化学染色，从而在不损伤样本的情况下实现其精确成像。全息显微术的发展经历了从早期的光学全息到现代的数字全息和计算全息显微技术的演进。
2、传统的全息显微技术采用的常是单通道干涉图像记录方法，尽管在细胞内部结构的观察上具有显著优势，但在空间分辨率和成像深度方面依然受到限制。为了克服这些不足，研究者们逐步引入了多光束干涉技术和数字全息技术，这些技术的进步使得全息显微能够实现更高精度和更深层次的三维成像。然而，现有技术在处理动态细胞成像时仍面临许多挑战，如实时成像的困难，以及在处理样本的三维空间分布时往往难以实现微米级精确控制。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于全息显微的活细胞成像方法，包括：将活细胞样本放置在三维微米级位移平台上，控制活细胞样本的空间位置；将激光光源分成参考光束和样品光束；所述样品光束通过显微镜聚焦于活细胞样品上，而后通过光学元件到达全息探测器，与所述参考光束发生干涉，生成全息图像；对所述全息图像进行重建，获得活细胞样品的三维图像。
2、作为本发明所述的基于全息显微的活细胞成像方法的一种优选方案，其中：包括：通过半导体激光器发射激光光源，所述激光光源的相干长度l为：
3、l＝2fwhm/π
4、式中，fwhm为激光光谱的全宽半高；
5、通过分束器将激光光源分成参考光束和样品光束，所述分束器透射率t和反射率r为：
6、t＝is/ii；
7、r＝ir/ii
8、式中，is为进入活细胞样品的光强，ii为入射到分束器上的总光强，ir为进入参考光束的光强。
9、作为本发明所述的基于全息显微的活细胞成像方法的一种优选方案，其中：包括：分别计算样品光束和参考光速在全息探测器上的初始路径；根据所述初始路径分别定义第一目标函数f1和第二目标函数f2；随机生成鲸鱼群体的位置，每个位置代表光学参数；计算鲸鱼个体的适应度；更新鲸鱼个体的位置，计算此时鲸鱼个体的适应度，选取适应度最小的作为最优个体。
10、作为本发明所述的基于全息显微的活细胞成像方法的一种优选方案，其中：包括：全息探测器的像素尺寸dpixel满足如下条件：
11、dpixel≤λ/(2·na)
12、式中，na为数值孔径。
13、作为本发明所述的基于全息显微的活细胞成像方法的一种优选方案，其中：所述重建包括：对全息图像进行滤波处理；将不同角度的全息图像进行加权融合；对融合后的全息图像进行多尺度分析处理，将融合后的全息图像分解为不同尺度的分量，从低尺度到高尺度逐层处理，以捕捉各层次的细节；随机设定初始的相位估计，结合全息图像的振幅信息和参考光束的相位信息，反复迭代以优化相位估计，迭代结束后输出三维图像。
14、作为本发明所述的基于全息显微的活细胞成像装置的一种优选方案，其中：包括：位置控制模块，被配置为执行将活细胞样本放置在三维微米级位移平台上，控制活细胞样本的空间位置；激光光源模块，被配置为执行将激光光源分成参考光束和样品光束；全息成像模块，被配置为执行所述样品光束通过显微镜聚焦于活细胞样品上，而后通过光学元件到达全息探测器，与所述参考光束发生干涉，生成全息图像；图像重建模块，被配置为执行对所述全息图像进行重建，获得活细胞样品的三维图像。
15、作为本发明所述的基于全息显微的活细胞成像装置的一种优选方案，其中：激光光源模块，具体被配置为执行：通过半导体激光器发射激光光源，所述激光光源的相干长度l为：
16、l＝2fwhm/π
17、式中，fwhm为激光光谱的全宽半高；
18、通过分束器将激光光源分成参考光束和样品光束，所述分束器透射率t和反射率r为：
19、t＝is/ii；
20、r＝ir/ii
21、式中，is为进入活细胞样品的光强，ii为入射到分束器上的总光强，ir为进入参考光束的光强。
22、作为本发明所述的基于全息显微的活细胞成像装置的一种优选方案，其中：全息成像模块，具体被配置为执行：分别计算样品光束和参考光速在全息探测器上的初始路径；根据所述初始路径分别定义第一目标函数f1和第二目标函数f2；随机生成鲸鱼群体的位置，每个位置代表光学参数；计算鲸鱼个体的适应度；更新鲸鱼个体的位置，计算此时鲸鱼个体的适应度，选取适应度最小的作为最优个体。
23、作为本发明所述的基于全息显微的活细胞成像装置的一种优选方案，其中：全息成像模块，具体被配置为执行：全息探测器的像素尺寸dpixel满足如下条件：
24、dpixel≤λ/(2·na)
25、式中，na为数值孔径。
26、作为本发明所述的基于全息显微的活细胞成像装置的一种优选方案，其中：图像重建模块，具体被配置为执行：对全息图像进行滤波处理；将不同角度的全息图像进行加权融合；对融合后的全息图像进行多尺度分析处理，将融合后的全息图像分解为不同尺度的分量，从低尺度到高尺度逐层处理，以捕捉各层次的细节；随机设定初始的相位估计，结合全息图像的振幅信息和参考光束的相位信息，反复迭代以优化相位估计，迭代结束后输出三维图像。
27、本发明的有益效果：本发明基于群体算法获得样品光束和参考光速在全息探测器上的最优路径初始路径，使得光程差最小化，从而提高整体成像质量，同时通过相位恢复对全息图像进行重建，使得最终的三维图像具有更高的分辨率和更佳的动态跟踪能力。
1.一种基于全息显微的活细胞成像方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于全息显微的活细胞成像方法，其特征在于，包括：
3.如权利要求2所述的基于全息显微的活细胞成像方法，其特征在于，包括：
4.如权利要求3所述的基于全息显微的活细胞成像方法，其特征在于，包括：
5.如权利要求4所述的基于全息显微的活细胞成像方法，其特征在于，所述重建包括：
6.一种基于全息显微的活细胞成像装置，其特征在于，包括：
7.如权利要求6所述的基于全息显微的活细胞成像装置，其特征在于，激光光源模块，具体被配置为执行：
8.如权利要求7所述的基于全息显微的活细胞成像装置，其特征在于，全息成像模块，具体被配置为执行：
9.如权利要求8所述的基于全息显微的活细胞成像装置，其特征在于，全息成像模块，具体被配置为执行：
10.如权利要求9所述的基于全息显微的活细胞成像装置，其特征在于，图像重建模块，具体被配置为执行：
