LED阵列光源及无透镜显微镜制造技术

技术编号:21639276 阅读:56 留言:0更新日期:2019-07-17 14:59
本实用新型专利技术提供一种LED阵列光源及无透镜显微镜,用于对密集样本进行无掩模成像,可以在大视野内实现亚微米级的分辨率,具有低成本,设计紧凑的特点。通过记录不同距离(样本到传感器的距离)的全息光强度分布,用算法恢复全息光场的相位分布,从而得到光经过样品后的全息光场复振幅分布,进而可以得到包括物面在内的任意位置的光场分布。成像过程不需要使用物镜,成像范围近似等于传感器尺寸,比传统光学显微镜视场大数百倍,可广泛用于各种生物切片等样本的快速亚微米显微成像。

LED Array Light Source and Lenseless Microscope

【技术实现步骤摘要】
LED阵列光源及无透镜显微镜
本技术涉及光学成像领域,特别是涉及一种LED阵列光源及无透镜显微镜。
技术介绍
光学显微镜应用于物理科学在内的各个领域,包括工程学,生物学和医学等。然而,现有的光学显微镜仍然体积庞大且价格昂贵,这使得它很大程度局限在实验室环境中。通过建立基于计算的显微镜(如全息成像)替代传统的显微镜,可以达到成本低,设计简单紧凑,并可以在野外甚至偏远地区使用的目的。最近的一个发展方向是,无透镜超分辨全息显微镜,它能在一个大的视野范围内实现亚微米空间分辨率。它的工作原理是,使用多个光源,在距离为3cm~6cm的地方,实现无透镜数字在线全息技术。样品平面在给定的时间内只有一个光源照亮了物体,在CMOS传感器芯片上投射出了在线全息图。由于对象放置在非常靠近传感器芯片的位置(大约1mm~2mm),所以传感器的整个活动区域成为我们的图像视场。但不幸的是,由于CMOS芯片的像素尺寸有限(大约2μm~3μm),所以这些全息衍射特征采样不足,并且这个超分辨(SR)在线全息图仍然受到双图像伪影的困扰。在之前的工作中,使用了基于迭代对象支持的相位恢复方法来消除双图像伪影,创造了样品的广域显微镜图像。这种伪影消除方法需要在图像视场中输入对象的位置估计,为此,一个简单的阈值或分割算法就可以用来自动估计对象的位置(创建对象支持)以获得相对稀疏的样本。然而,对于密集的样本却很难估计,这在去除伪影的工作中也具有挑战性。因此,如何解决密集样本的双图像伪影困扰,提高显示精度,实现密集样本的超分辨显微成像已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点,本技术的目的在于提供一种LED阵列光源及无透镜显微镜,用于解决现有技术中密集样本难以估计,精度低等问题。为实现上述目的及其他相关目的,本技术提供一种LED阵列光源,至少包括:多个呈阵列排布的发光单元,各发光单元均包括LED、聚光透镜及光纤;其中,所述聚光透镜设置于所述LED的发光侧,对所述LED发出的光进行会聚;所述光纤设置于所述聚光透镜的聚光侧,用于接收并传输所述LED发出的光。优选地,所述LED阵列光源至少包括4个光源。更优选地,所述LED阵列光源为4*4的阵列。更优选地,各光纤之间的间距设定为50μm~150μm。更优选地,各光纤的直径设定为80μm~120μm。更优选地,各LED的光谱照明带宽为5nm~10nm。为实现上述目的及其他相关目的,本技术提供一种无透镜显微镜,至少包括:上述LED阵列光源,样品台及图像传感器;所述LED阵列光源中的发光单元逐个点亮,用于提供不同位置的光源,所述LED阵列光源的出光面朝向所述样品台及所述图像传感器;所述样品台设置于所述LED阵列光源与所述图像传感器之间,用于放置样品,并设定所述样品与所述图像传感器之间的距离进而确定样品高度;所述图像传感器设置于所述样品台接收光照的相对一侧,用于采集不同样品高度的所述样品的全息光强信息。优选地,所述LED阵列光源的出光面与所述样品台上表面的距离设定为8cm~15cm。优选地,所述样品台上表面与所述图像传感器的距离设定为1mm以内。更优选地,所述图像传感器还连接一位移装置,通过所述位移装置控制所述图像传感器上下移动,以调整样品高度。为实现上述目的及其他相关目的,本技术提供一种无透镜显微镜的图像处理方法,至少包括:1)改变样品高度,采集不同样品高度的样品全息光强信息,进而得到不同样品高度对应的图像堆栈;2)将各图像堆栈分别合成为不同样品高度对应的超分辨率亚像素全息光强图像;3)对各超分辨率亚像素全息光强图像进行注册,以对准各超分辨率亚像素全息光强图像;4)对各超分辨率亚像素全息光强图像进行相位恢复,得到样本的振幅图像及相位图像。具体地,步骤1)包括:基于不同位置的光源照射一设定样品高度的样品,获得不同入射角的光的多个原始全息光强图像,各原始全息光强图像构成一组图像堆栈;调整样品高度,进而获得不同样品高度对应的图像堆栈。更具体地,所述光源为部分相干光。具体地,步骤2)采用像素超分辨率算法将各图像堆栈分别合成为超分辨率亚像素全息光强图像。更具体地,利用高分辨率网格中像素值的线性组合表示低分辨率网格的像素值,通过最小化成本函数来得到最终的超分辨率亚像素全息光强图像,所述成本函数满足如下关系式:其中,Y为超分辨率亚像素全息光强图像,C(Y)为成本函数,k,i为水平及竖直方向上的像素编号;p,M为自然数;xk,i为低分辨率像素值;x’k,i为对应低分辨率网格覆盖的高分辨率像素值;α为高频权重;为高分辨率图像的高通滤波矩阵的转置;Yfil为高分辨率图像的高通滤波矩阵。具体地,步骤4)包括:依次将上一超分辨率亚像素全息光强图像所在输入平面光场的相位部分传播到下一超分辨率亚像素全息光强图像所在输入平面,对下一超分辨率亚像素全息光强图像所在输出平面执行振幅约束,并更新输入平面光场,在传播过程中,相位保持不变;满足约束条件后完成相位恢复。更具体地,振幅约束满足如下关系式:SSE=[∫∫(|g(u,v)|-|G(u,v)|)2dudv]/[∫∫|G(u,v)|2dudv]<ε其中,SSE为均方差之和;g(u,v)为输出平面光场,通过输入平面光场傅里叶变换得到;|G(u,v)|为设定的振幅分布;ε为预设量。如上所述,本技术的LED阵列光源及无透镜显微镜,具有以下有益效果:本技术的LED阵列光源及无透镜显微镜利用多高度全息方法通过记录不同距离(样本到传感器的距离)的全息光强度分布,用算法恢复全息光场的相位分布,从而得到光经过样品后的全息光场复振幅分布,进而可以得到包括物面在内的任意位置的光场分布;消除了在样品平面上估计对象支持的需要,在一个大的视野范围内,即使是密集的和连接的标本,也可以消除内部几何图形的伪影,实现超分辨显微成像,具有低成本,设计紧凑的特点;成像过程不需要使用物镜,成像范围近似等于传感器尺寸,比传统光学显微镜视场大数百倍,可广泛用于各种生物切片等样本的快速亚微米显微成像。附图说明图1显示为本技术的LED阵列光源的俯视示意图。图2显示为本技术的LED阵列光源中发光单元的结构示意图。图3显示为本技术的无透镜显微镜的结构示意图。图4显示为本技术的无透镜显微镜的图像处理方法的流程示意图。图5显示为本技术的无透镜显微镜的图像处理方法的原理示意图。图6显示为本技术的相位恢复算法的原理示意图。图7显示为本技术的无透镜显微镜得到的完整FOV的低分辨率无透镜全息图。图8显示为利用本技术的无透镜显微镜的图像处理方法对图7中的密集血液涂片处理后的局部放大图。元件标号说明1LED阵列光源11发光单元111LED112聚光透镜113光纤2样品台3图像传感器31感光阵列32面板4样品具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1~图8。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LED阵列光源,其特征在于,所述LED阵列光源至少包括:多个呈阵列排布的发光单元,各发光单元均包括LED、聚光透镜及光纤;其中,所述聚光透镜设置于所述LED的发光侧,对所述LED发出的光进行会聚;所述光纤设置于所述聚光透镜的聚光侧,用于接收并传输所述LED发出的光。

【技术特征摘要】
1.一种LED阵列光源,其特征在于,所述LED阵列光源至少包括:多个呈阵列排布的发光单元,各发光单元均包括LED、聚光透镜及光纤;其中,所述聚光透镜设置于所述LED的发光侧,对所述LED发出的光进行会聚;所述光纤设置于所述聚光透镜的聚光侧,用于接收并传输所述LED发出的光。2.根据权利要求1所述的LED阵列光源,其特征在于:所述LED阵列光源至少包括4个光源。3.根据权利要求2所述的LED阵列光源,其特征在于:所述LED阵列光源为4*4的阵列。4.根据权利要求1或2所述的LED阵列光源,其特征在于:各光纤之间的间距设定为50μm~150μm。5.根据权利要求1或2所述的LED阵列光源,其特征在于:各光纤的直径设定为80μm~120μm。6.根据权利要求1或2所述的LED阵列光源,其特征在于:各LED的光谱照明带宽为5nm~10nm。7.一种无透镜显微镜,其特征在于,所述无透镜显微镜至少包括...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨军
申请(专利权)人:上海理鑫光学科技有限公司
类型:新型
国别省市:上海,31

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