一种基于FPM算法的显微成像方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPM算法的显微成像方法和系统，该系统包括平面光源阵列、微反射镜阵列、物镜和相机，所述平面光源阵列发射光线到微反射镜阵列；所述微反射镜阵列将所述光线转换为直入射光线和斜入射光线；载物孔用于使直射入光线透过并照射至放置在载物孔上的成像物体；所述物镜和所述相机用于经成像得到多幅低分辨率图像。该系统利用微反射镜阵列可以得到多幅不同角度照明下的低分辨率图像，能够实现静态成像和荧光标记成像。随后利用FPM算法进行迭代重建，可以提高图像分辨率，其和高倍物镜的分辨率相当，且具有更宽的视场。该系统和传统显微镜相比具有体积小、重量轻的优点，适用于移动检测和现场检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于显微成像领域，特别涉及一种基于FPM算法的显微成像方法和系统。
技术介绍
传统的光学显微镜体积庞大、笨重，价格昂贵，需要专业的人员操作，不能满足一些场合(如救护车等)对便携式成像的要求。近几年，国内外很多科研人员致力于针对微小物体的便携式成像系统的研究，并取得了很大的进展。但目前存在的便携式成像系统有的结构设计有待进一步优化，离真正的“便携式”还有一定距离；有的分辨率较低，有的视场较小，能同时兼顾高分辨率和宽视场的很少。部分系统设计对光源的相干性要求较高，势必增加系统设计的复杂性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种兼顾高分辨率和宽视场的显微成像方法和系统。本专利技术提供一种基于FPM算法的显微成像方法，该方法包括如下步骤：A1.由平面光源阵列发射光线到微反射镜阵列；A2.调整微反射镜阵列中的一个微反射镜块面向平面光源阵列，使所述光线转换为直入射光线，并调整其他微反射镜块背向平面光源阵列，使所述光线转换为斜入射光线；所述直入射光线通过载物孔，照射至放置在载物孔上的成像物体，经物镜投射到相机中，得到低分辨率图像；A3.重复步骤A2，依次调整微反射镜阵列中的其他微反射镜块面向平面光源阵列，得到多幅低分辨率图像；A4.多幅低分辨率图像经FPM的算法进行迭代重建，获取高分辨率图像。本专利技术还提供一种基于FPM算法的显微成像系统，该系统包括包括平面光源阵列、微反射镜阵列、载物孔、物镜和相机；所述平面光源阵列发射光线到微反射镜阵列；所述微反射镜阵列将所述光线转换为直入射光线和斜入射光线；载物孔用于使直射入光线透过并照射至放置在载物孔上的成像物体；所述物镜和所述相机用于经成像得到多幅低分辨率图像。优选地，所述平面光源阵列为单色光LED阵列，阵列为5×5。进一步地优选地，所述单色光LED阵列，单颗LED封装尺寸为3.0mm×3.0mm，额定电压6.25V，额定电流150mA，在额定电压和电流下，光通量为24lm，发光中心波长为620nm，发光角度为120°，相邻两个LED光源中心间距为5mm。优选地，所述平面光源阵列采用铝基板作为光源基板；进一步地优选，铝基板的尺寸为33.5mm×32mm。优选地，所述微反射镜阵列包括铝反射镜阵列。优选地，所述微反射镜阵列为608×684，微反射镜总尺寸为6.5718mm×3.699mm，每个微反射镜尺寸为7.6μm×7.6μm。优选地，所述微反射镜朝向平面光源仰12°或者背向平面光源阵列俯12°。优选地，所述物镜包括低倍物镜。进一步地优选，所述低倍物镜的放大倍率为×1.25，数值孔径为0.04，工作距离为5mm，视场数为26.5mm。优选地，所述相机包括工业相机；进一步地优选，所述工业相机的水平或垂直分辨率为2048像素×1088像素，水平或垂直像素尺寸为5.5μm×5.5μm。优选地，所述相机的感光芯片为CMOS，所述感光芯片尺寸为11.26mm×5.95mm。优选地，所述相机和所述物镜之间用物镜-C接口的镜筒组件，长度为132.5mm。优选地，载物板上除有载物孔外，还有一个光源孔；所述光源孔与光源基板配合，并贴在铝散热器上，通过载物板和控制板基座将热量快速散出去；所述成像物体的物中心点与所述微反射镜阵列平面中轴线的端点在同一竖直线上。优选地，所述载物孔与所述微反射镜镜面之间的高度为30mm或6mm。本专利技术的有益效果为：通过平面光源阵列将光线发射至微反射镜阵列，通过依次调控微反射镜阵列中的一个微反射镜块面向平面光源阵列，得到直入射光线照射至载物孔，经物镜投射到相机中，得到多幅不同角度照明下的低分辨率图像。根据这些得到的低分辨率图像，利用FPM算法进行迭代重建就得到高分辨率图像，能够实现静态成像和荧光标记成像。经该系统获得的显微成像，经FPM算法重建后分辨率和高倍物镜的分辨率相当，且具有更宽的视场。该系统和传统显微镜相比具有体积小、重量轻的优点，适用于移动检测和现场检测。附图说明图1为本专利技术实施例的便携式显微成像系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例物中心点和微反射镜阵列平面的三种相对位置。图3为本专利技术实施例载物板平面和微反射镜阵列平面高度为30mm时的直入射和斜入射示意图。图4为本专利技术实施例载物板平面和微反射镜阵列平面高度为30mm时获取低频信息和6mm时获取高频信息的示意图。1表示CMOS相机，2表示位移架，3表示镜筒，4表示支架，5表示物镜镜头，6表示载物孔，7表示平面光源阵列，8表示微反射镜阵列，9表示控制板基座；10表示物中心点，11表示微反射镜阵列平面，12表示微反射镜阵列面中轴线；13表示载物板平面，16表示某一个微反射镜块，17表示其他的微反射镜块，18表示直入射光线，19表示斜入射光线；21表示微反射镜阵列位置d，22表示获取低频信息的最大倾斜角，24表示微反射镜阵列位置e，25表示获取高频信息的最大倾斜角。具体实施方式下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。本实施例提供一种基于FPM算法的显微成像方法，该方法包括如下步骤：A1.由平面光源阵列发射光线到微反射镜阵列；A2.调整微反射镜阵列中的一个微反射镜块面向平面光源阵列，使所述光线转换为直入射光线，并调整其他微反射镜块背向平面光源阵列，使所述光线转换为斜入射光线；所述直入射光线通过载物孔，照射至放置在载物孔上的成像物体，经物镜投射到相机中，得到低分辨率图像；A3.重复步骤A2，依次调整微反射镜阵列中的其他微反射镜块面向平面光源阵列，得到多幅低分辨率图像；A4.多幅低分辨率图像经FPM的算法进行迭代重建，获取高分辨率图像。实施例一如图1所示，基于FPM算法的显微成像系统包括：CMOS相机1，位移架2，镜筒3，支架4，物镜5，载物孔6，平面光源阵列7，微反射镜阵列8，控制板基座9。平面光源阵列为单色光LED阵列，采用5×5的阵列，可以使得发光面和发光功率大。单颗LED封装尺寸为3.0mm×3.0mm，额定电压6.25V，额定电流150mA，在额定电压和电流下，光通量为24lm，发光中心波长为620nm，发光角度为120°。选用波长为620nm的发红光的LED光源，能够降低系统对光源的相干性要求。在一定的电压范围内，电流和发光亮度会随着电压的增大而增加，利用这一特性，可以设计光源调节电路，使相机成像时有合适的曝光强度。25颗LED等间距排列，相邻两颗LED中心间距为5mm，这样发光面为25mm×25mm。因平面光源阵列功率较高，因此用散热性能较好的铝做基板，铝基板尺寸为33.5mm×32mm。微反射镜阵列是一个高反射铝微反射镜阵列，每个微反射镜在微型铰链的作用下可控制其朝向光源仰12°或者背向光源俯12°；选用的微反射镜阵列为608×684，微反射镜阵列总尺寸为6.5718mm×3.699mm，每个微反射镜尺寸为7.6μm×7.6μm，由于单个微反射镜尺寸太小，接收的光通量也很小不足以成像，因此设置100×76个微反射镜作为一个微反射镜块，前5列微反射镜块为100×76，第6列微反射镜块为108×76，故微反射镜块阵列为6×9。物镜选择低倍物镜，这样有较大的视场，损失的分辨率可通过后续的FPM算法补偿。因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPM算法的显微成像方法，其特征在于，包括如下步骤：A1.由平面光源阵列发射光线到微反射镜阵列；A2.调整微反射镜阵列中的一个微反射镜块面向平面光源阵列，使所述光线转换为直入射光线，并调整其他微反射镜块背向平面光源阵列，使所述光线转换为斜入射光线；所述直入射光线通过载物孔，照射至放置在载物孔上的成像物体，经物镜投射到相机中，得到低分辨率图像；A3.重复步骤A2，依次调整微反射镜阵列中的其他微反射镜块面向平面光源阵列，得到多幅低分辨率图像；A4.多幅低分辨率图像经FPM的算法进行迭代重建，获取高分辨率图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPM算法的显微成像方法，其特征在于，包括如下步骤：A1.由平面光源阵列发射光线到微反射镜阵列；A2.调整微反射镜阵列中的一个微反射镜块面向平面光源阵列，使所述光线转换为直入射光线，并调整其他微反射镜块背向平面光源阵列，使所述光线转换为斜入射光线；所述直入射光线通过载物孔，照射至放置在载物孔上的成像物体，经物镜投射到相机中，得到低分辨率图像；A3.重复步骤A2，依次调整微反射镜阵列中的其他微反射镜块面向平面光源阵列，得到多幅低分辨率图像；A4.多幅低分辨率图像经FPM的算法进行迭代重建，获取高分辨率图像。2.如权利要求1所述的显微成像方法，其特征在于，所述平面光源阵列为5×5的单色光LED阵列，并采用铝基板作为光源基板，相邻两个LED光源中心间距为5mm，发光角度为120℃；所述微反射镜阵列包括铝反射镜阵列。3.如权利要求1所述的显微成像方法，其特征在于，所述步骤A2中，其中一个微反射镜块面向平面光源阵列仰12°，其他微反射镜块背向平面光源阵列俯12°。4.如权利要求1所述的显微成像方法，其特征在于，所述物镜包括低倍物镜，所述低倍物镜的放大倍率为×1.25，数值孔径为0.04，工作距离为5mm，视场数为26.5mm；所述相机包括工业相机，所述工业相机的分辨率为2048像素×1088像素，像素尺寸为5.5μm×5.5μm，感光芯片为CMOS；所述物镜和所述相机之间用物镜-C接口的镜筒组件，长度为132.5mm。5.如权利要求1所述的显微成像方法，其特征在于，所述成像物体的物中心点与所述微反射镜阵列平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱翔，刁宁超，王晓浩，倪凯，周倩，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44