一种类似相机的双离焦曲率波前传感器，结合GPU加速技术实现实时定量相位成像

《Microscopy Research and Technique》：A Camera-Like Dual-Defocus Curvature Wavefront Sensor With GPU Acceleration for Real-Time Quantitative Phase Imaging

定量相位成像实时高分辨率系统设计验证应用

　　

摘要

由于该技术具备无需标记即可实现高对比度成像的能力，因此开发出了多种定量相位成像（QPI）系统。然而，大多数现有系统存在局限性，包括与商用显微镜不兼容、架构庞大/复杂，以及由于计算密集型的相位重建过程导致的帧率受限，从而影响了其在动态QPI场景中的应用。为了解决这些问题，我们开发了一种类似相机的曲率波前传感器（CWS），该传感器结合了双视图强度传输相位成像技术和并行计算。该系统成本低廉，由一个棱镜和双CMOS传感器组成，体积仅为55.7 × 58.0 × 49.4毫米3，可与商用显微镜兼容。其工作帧率为每秒20帧（fps），分辨率为1024 × 1024像素，能够实现实时图像采集、相位恢复、数据存储和结果可视化。实验验证表明，该传感器在视场（FoV）校正、相位恢复精度和计算效率方面表现出色。通过基于QPI的流式细胞术和活细胞动态成像应用，证明了其实际效用。这种即插即用、兼容性强且成本效益高的CWS平台为实际QPI需求提供了灵活的解决方案。

亮点

• 介绍了一种新型的类似相机的曲率波前传感器（CWS），该传感器结合了双视图强度传输相位成像技术和并行计算，实现了高速、高分辨率的定量相位成像（QPI）。
• 采用紧凑、低成本且即插即用的设计（体积55.7 × 58.0 × 49.4毫米3），完全兼容商用显微镜，克服了现有系统的体积庞大和兼容性不足的问题。
• 支持每秒20帧的实时操作，分辨率为1024 × 1024像素，可同时进行图像采集、相位恢复、数据存储和可视化。
• 通过实验研究验证了其在视场校正、相位精度和计算效率方面的出色性能。
• 在实际应用中表现出良好效果，例如基于QPI的流式细胞术和活细胞动态成像。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

如需获取支持本研究结果的数据，可向通讯作者提出合理请求。