1.文献综述：
光学显微成像技术作为生物医疗领域观测生物细胞形态、行为、功能等特性的重要途径。其应用逐渐渗透到生物科学与医学等诸多领域，进而也产生了许多相关的交叉学科与技术，被光学与生物医学等各领域研究人员所共同关注。传统的光学显微成像通常是基于光线透过样本后的强度分布来进行目标样本的显微成像，其中具有代表性的技术就包括了明场显微成像、暗场显微成像、荧光显微成像等等。但是在实际应用过程中目标样本往往是透明无色的生物细胞，其光学吸收率小且分布均匀，这将导致光线透过样本后振幅(亮度)与颜色(波长)几乎不发生变化[2]。所以采用传统基于强度的光学显微成像技术难以获取对比度高的成像结果。为了完成透明生物样本的观测与研究。研究人员们利用荧光染色、标定等方法使透明生物样本具有强度信息，以增强最终成像结果的对比度。但这种染色标定的方法对生物细胞的正常生命活动将产生不可逆地影响，甚至大多数情况会直接导致生物细胞的死亡。所以难以实现活体细胞的实时成像与长时间的观察。Zernike相差(Phase contrast，PC)显微镜和微分干涉 (Differential interference contrast，DIC)显微镜[3]的出现为显微成像带来了技术革新，为活细胞研究提供了有效的手段[4]。
1942年，Zernike 发明了相衬显微镜(phase contrast microscopy,PC)，使人们开始关注光的相位信息在光学成像中的作用。由于在光学显微镜能够直接观察到的都是光的强度信息，Zernike 在显微镜中加入空间位相板，使直接透过物体的直射光和与物体作用的散射光进行干涉,将相位信息转换为强度的明暗分布。1960年，Nomarski提出的微分干涉(differential interference contrast, DIC)显微镜根据棱镜分光使两束光经过样品的相邻部位产生相位差,从而将样品的厚度、折射率等微小差异转换为强度明暗分布，得到浮雕式的图像[5]。但是，这些方法都只是定性地给出相位的分布，不能箅出相位的实际值。为了实现对样品定量相位信息的获取，出现了结合PC和全息术发展而成的QPI。不过，QPI得到的相位是样品厚度和结构折射率分布的乘积，因此要分别计算这两项的贡献度还是比较困难的。
在另一方面，由于光的衍射作用，任何一个物点经过光学系统成像之后都会成为一个弥散斑，因此光学显微镜的分辨率一直受到限制。在此基础上，1984年Hamilton和Sheppard将扫描显微成像系统与分离传感器相结合，提出差分相衬显微成像(Differential phase contrast，DPC)方法。该方法通过测量由样品相位产生的强度差异，同样成功实现了对样品的三维信息的定性观察。与相差显微镜和微分干涉显微镜相比，DPC成像提供了更高的成像分辨率和鲁棒性，逐渐成为无标记成像的主要研究手段。随着光学显微技术的发展，定量成像逐渐成为显微成像领域的研究热点 ，一系列的定量相位成像(Quantitative phase imaging，QPI)不断被提出[7]。
定量相位显微成像可简单划分为相干和部分相干两大类，基于相干理论的定量相位显微成像其基本原理主要是通过引入相干参考光，通过透射光束与参考光发生干涉，将相位信息转变为强度信息即干涉条纹,并利用光电传感器件完成干涉条纹的记录，最后结合相应算法从干涉条纹中解包相位信息。而随着定量相位显微的优势，已经成为定量相位测量的新标杆。定量相位成像技术通常需要空间相干照明（例如，干涉测量法）；相比之下，部分相干方法（例如DPC）可提供2倍更好的横向分辨率极限，更好的光学切片效果和散斑噪声降低。可以通过使用任何非对称照明图案轻松实现相位对比。在DPC中，使用互补的不对称照明图案从两个图像中恢复定量相位。这两个图像之间的差异与样品沿不对称轴的相位导数有关。方便地，DPC只要求在照明侧或检测侧上进行硬件更改，因此可以将其集成到现有系统中（例如内窥镜检查）。数字全息术最早应用于显微成像领域是在1987年由Onural和Scott等人完成，他们利用改进的数字全息重构算法，成功将数字全息术应用于微粒测量领域[8]。
近年来，在微分干涉成像技术基础上，一种新的定量相位成像方法发展起来，即微分相衬成像技术(DPC: DPC :Differential Phase Contrast)，其属于部分相干相位显微成像方法，基本原理依旧是测量部分相干光经过目标样本的光程差，还原定量相位信息。
DPC概念最初起源于扫描显微技术，使用两个对称半圆形探测器分别完成图像采集。采集到的两幅图像相减即得到DPC图像，相加得到振幅对比图像[9]。类似地将微分相衬成像方法应用于传统显微技术中一使用聚光器光瞳掩膜并对图像进行数字化处理[10]。这种DPC与传统显微技术相结合被称为“非对称照明微分相衬成像技术( AIDPC: Asymmetric illumination-based differential phase contrast ) [11]。目前提出的DPC成像方法主要有三类:分别是基于分裂探测器的DPC、基于斜入射照明的DPC、基于非对称照明的DPC。DPC相比于干涉方法的相位成像，不需要大量的光学组件与机械结构，成像系统更为简单，且散斑噪声较小。另一方面，相比于常见的部分相干方法G-S迭代算法、光强传输方程(TIE)等方法不具有较大的发展潜力。纵观显微成像方法的发展历程，DPC成像的理论机制不断被研究，使DPC成像实现了从染色观察到无标记定性观察再到无标记定量检测。早期的DPC方法往往通过扫描光学显微镜和分裂式探测器来探测由样品相位引起的差异信号，最终获得伪浮雕的差分相衬观察结果。随着电子行业与光学元件的发展，LED阵列被引入显微镜系统灵活调控明场、暗场、差分相衬等显微成像方法。在此基础上，2015年Tian和Waller]提出了基于LED阵列的DPC成像定量相位成像方法[12]。相比迭代方法而言，DPC定量相位算法复杂度低、成像效率高、系统鲁棒性高。随后，为了进一步提升DPC定量相位成像方法的成像质量和成像速度，国内外学者针对DPC中的成像频率缺失、系统像差、像素混叠等问题，提出了一系列补偿改进方法[13-16]，获得了更高质量的相位重构结果并将DPC的成像速度提升到单帧。
综上所述，定量相位显微成像因其技术优势与应用价值受到了国内外广泛的关注，不少新研究与新进展相继涌现。也有越来越多学者投入其中，相关研究报道也不断增长。然而从各方研究成果上看，尤其国内的研究成果，无论从成像系统结构简洁性，还是从相位重构算法的计算效率等方面都仍有较大提升空间。
2.研究手段、途径：
相位成像旨在从强度测量中恢复样品的光程长度（即相位）。在样本平面上，强度图像通常不包含任何相位信息。 但是，任何复杂的光学传递函数都会提供相衬，通过该相衬，一些样品的相位信息会转换为可测量的强度变化。 例如，通过在光瞳面处引入零级衍射的相位延迟来实现Zernike相衬。 散焦是引入可调复杂传递函数的另一种便捷方法。 在本文中，我们分析不对称照明作为引入相衬的一种手段，并开发出稳定的反演方法，该方法可以使用差分相衬（DPC）恢复定量相位。
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