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3D多焦面结构光快速显微成像系统及方法技术方案

技术编号:18236407 阅读:51 留言:0更新日期:2018-06-16 23:50
本发明专利技术公开了一种3D多焦面结构光快速显微成像系统及方法,其中系统包括:物镜OL;延迟透镜组用于确保不同深度的光经过多焦光栅后都能到达相机感光面;衍射多焦光栅MFG;色差矫正光栅CCG用于消除样本同一深度对应子图的色差;数字微镜阵列DMD用于对样本不同深度的照明图案进行调制;第一4f组用于使得激光光束的大小与数字微镜阵列DMD大小匹配;第二4f组用于数字微镜阵列DMD上图案的大小与衍射多焦光栅MFG大小匹配;成像模块用于采集数据并对样本的不同深度分别进行结构光超分辨显微重建,并将每层的重建结果堆叠起来,形成最后的3D超分辨成像结果。该系统可以有效提高显微成像的速度,提升系统的稳定性。 1

3D multifocal plane structured light fast microscopic imaging system and method

The present invention discloses a 3D multi focal plane structure optical fast microscopic imaging system and method, in which the system includes: the object mirror OL; the delay lens group is used to ensure that the light passing through the multi focal grating at different depths can reach the camera photosensitive surface; the diffractive multi focal grating MFG is diffracted; the chromatic correction grating CCG is used to eliminate the corresponding submaps of the same depth of the sample. The color difference; the digital micromirror array DMD is used to modulate the illumination patterns of different depth of the sample; the first 4f group is used to match the size of the laser beam with the size of the digital micromirror array DMD; the second 4f group is used to match the size of the pattern on the digital micromirror array DMD with the diffractive multifocal grating MFG; the imaging module is used to collect data and The structure light super-resolution microscopic reconstruction is performed on the different depth of the sample, and the results of each layer are stacked to form the final 3D super-resolution imaging results. The system can effectively improve the speed of microscopic imaging and improve the stability of the system. One

【技术实现步骤摘要】
3D多焦面结构光快速显微成像系统及方法
本专利技术涉及显微超分辨成像,显微体成像
,特别涉及一种3D多焦面结构光快速显微成像系统及方法。
技术介绍
SIM(structuredilluminationmicroscopy,结构光照明显微)在生物显微成像中具有十分重要的作用,该方法可以带来两倍的空间分辨率的提升。与其他超分辨显微方法相比,结构光显微需要拍摄的次数较少,因而具有明显的速度优势,可以更好地应用到活细胞成像的研究中。但是在对物体进行三维成像时,结构光显微通常需要移动样本,在轴向对样本进行扫描,扫描带来的机械移动一方面会降低成像速度,另一方面会对系统的稳定性带来不利的影响。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本专利技术的一个目的在于提出一种3D多焦面结构光快速显微成像系统,该系统可以有效提高显微成像的速度,提升系统的稳定性。本专利技术的另一个目的在于提出一种3D多焦面结构光快速显微成像方法。为达到上述目的,本专利技术一方面实施例提出了一种3D多焦面结构光快速显微成像系统,包括:物镜OL;延迟透镜组,所述延迟透镜组包括第一透镜L1和第二透镜L2,用于确保不同深度的光经过多焦光栅后都能到达相机感光面;衍射多焦光栅MFG,所述衍射多焦光栅MFG放置到所述第一透镜L1的焦平面上;色差矫正光栅CCG,用于消除样本同一深度对应子图的色差;数字微镜阵列DMD,用于对样本不同深度的照明图案进行调制;第一4f组,用于使得激光光束的大小与所述数字微镜阵列DMD大小匹配;第二4f组,用于所述数字微镜阵列DMD上图案的大小与衍射多焦光栅MFG大小匹配;成像模块,用于采集数据并对所述样本的不同深度分别进行结构光超分辨显微重建,并将每层的重建结果堆叠起来,形成最后的3D超分辨成像结果。本专利技术实施例的3D多焦面结构光快速显微成像系统,可以将DMD面板分成不同的区域并调制不同的图案,经过多焦光栅后,同时对样本不同深度的照明图案进行调制,并将不同深度的光通过多焦光栅分开到相机的不同空间位置同时进行采集,从而将三维结构光显微成像提升到与二维相同的速度,有效提高显微成像的速度,提升系统的稳定性。另外,根据本专利技术上述实施例的3D多焦面结构光快速显微成像系统还可以具有以下附加的技术特征:进一步地,在本专利技术的一个实施例中,所述色差矫正光栅CCG设置于所述衍射多焦光栅MFG后方,且在该位置处不同深度对应的子图在空间位置上分离设置。进一步地,在本专利技术的一个实施例中,使所述样本发射与照明光相同波长的光,标定样本不同深度的光到达所述数字微镜阵列DMD后对应的位置,以在用对所述样本不同深度的照明图案进行调制时,所述数字微镜阵列DMD上的调制区域与标定的位置相对应。进一步地,在本明的一个实施例中,所述第一4f组和所述第二4f组均具有两个透镜。为达到上述目的,本专利技术另一方面实施例提出了一种3D多焦面结构光快速显微成像方法,包括以下步骤:在数字微镜阵列不同的空间位置调制不同的正弦图案,并通过多焦光栅将所述不同的正弦图案投影到样本的不同深度;通过所述多焦光栅将所述样本的不同深度的信息投射到相机的不同空间位置,以对所述样本不同深度的同时成像;通过结构光超分辨成像相关算法恢复样本不同深度的超分辨图像。本专利技术实施例的3D多焦面结构光快速显微成像方法,可以将DMD面板分成不同的区域并调制不同的图案,经过多焦光栅后,同时对样本不同深度的照明图案进行调制,并将不同深度的光通过多焦光栅分开到相机的不同空间位置同时进行采集,从而将三维结构光显微成像提升到与二维相同的速度,有效提高显微成像的速度,提升系统的稳定性。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:图1为根据本专利技术一个实施例的3D多焦面结构光快速显微成像系统的结构示意图;图2为根据本专利技术一个实施例的衍射多焦光栅MFG的工作示意图;图3为根据本专利技术一个实施例的3D多焦面结构光快速显微成像方法的流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本专利技术,而不能理解为对本专利技术的限制。在介绍3D多焦面结构光快速显微成像系统及方法之前,先简单介绍一下多平面成像技术。多平面成像的基本思路为将样本不同深度的信息分开投射到相机的不同空间位置。其中一种多平面成像方法为在样本的傅里叶面放置一个衍射多焦光栅。样本不同深度的光经过多焦光栅后会分成不同的路径,从而到达相机的不同位置,在相机的感光面上形成N×N个子图,每个子图对应多焦光栅不同的衍射级次。实际应用中影响同时成像平面个数的因素主要有:相机感光面的大小、样本发出或反射的光的强度、深度变化带来的相差以及色差等,通常同时成像的平面数为4~25个。结合结构光照明显微和多平面成像技术,可以在不进行扫描的情况下实现三维超分辨显微成像。本专利技术充分发挥了结构光显微和多平面成像速度快的优点,可以实现三维样本的视频帧率采集。正是基于上述原因,本专利技术实施例提出了一种3D多焦面结构光快速显微成像系统及方法。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的3D多焦面结构光快速显微成像系统及方法,首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的3D多焦面结构光快速显微成像系统。图1是本专利技术一个实施例的3D多焦面结构光快速显微成像系统的结构示意图。如图1所示,该3D多焦面结构光快速显微成像系统10包括:物镜OL、延迟透镜组100、衍射多焦光栅MFG、色差矫正光栅CCG、数字微镜阵列DMD、第一4f组200、第二4f组300和成像模块。其中,物镜OL。延迟透镜组100延迟透镜组包括第一透镜L1和第二透镜L2,用于确保不同深度的光经过多焦光栅后都能到达相机9(camera)感光面。衍射多焦光栅MFG放置到第一透镜L1的焦平面上。色差矫正光栅CCG用于消除样本(sample)同一深度对应子图的色差。数字微镜阵列DMD用于对样本不同深度的照明图案进行调制;第一4f组200用于使得激光(laser)光束的大小与数字微镜阵列DMD大小匹配。第二4f组300用于数字微镜阵列DMD上图案的大小与衍射多焦光栅MFG大小匹配。成像模块用于采集数据并对样本的不同深度分别进行结构光超分辨显微重建,并将每层的重建结果堆叠起来,形成最后的3D超分辨成像结果。本专利技术实施例的系统10可以将三维结构光显微成像提升到与二维相同的速度,有效提高显微成像的速度,提升系统的稳定性。可以理解的是,在数字微镜阵列DMD不同的空间位置调制不同的正弦图案,并通过多焦光栅将不同的正弦图案投影到样本的不同深度;通过衍射多焦光栅MFG将样本不同深度的信息投射到相机的不同空间位置,从而实现对样本不同深度的同时成像;用结构光超分辨成像相关算法恢复样本不同深度的超分辨图像。进一步地,在本专利技术的一个实施例中,色差矫正光栅CCG设置于衍射多焦光栅MFG后方,且在该位置处不同深度对应的子图在空间位置上分离设置。具体而言,首先,确定衍射多焦光栅M本文档来自技高网...
3D多焦面结构光快速显微成像系统及方法

【技术保护点】
1.一种3D多焦面结构光快速显微成像系统,其特征在于,包括:

【技术特征摘要】
1.一种3D多焦面结构光快速显微成像系统,其特征在于,包括:物镜OL;延迟透镜组,所述延迟透镜组包括第一透镜L1和第二透镜L2,用于确保不同深度的光经过多焦光栅后都能到达相机感光面;衍射多焦光栅MFG,所述衍射多焦光栅MFG放置到所述第一透镜L1的焦平面上;色差矫正光栅CCG,用于消除样本同一深度对应子图的色差;数字微镜阵列DMD,用于对样本不同深度的照明图案进行调制;第一4f组,用于使得激光光束的大小与所述数字微镜阵列DMD大小匹配;第二4f组,用于所述数字微镜阵列DMD上图案的大小与衍射多焦光栅MFG大小匹配;以及成像模块,用于采集数据并对所述样本的不同深度分别进行结构光超分辨显微重建,并将每层的重建结果堆叠起来,形成最后的3D超分辨成像结果。2.根据权利要求1所述的3D多焦面结构光快速显微成像系统,其特征在于,所述色差矫正光栅CCG设置于所述衍射多焦光栅MF...

【专利技术属性】
技术研发人员:王好谦刘文辉戴琼海
申请(专利权)人:清华大学清华大学深圳研究生院
类型:发明
国别省市:北京,11

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