一种各向异性物质的双模成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种各向异性物质的双模成像方法及装置，方法包括：对各向异性物质进行偏振‑共焦显微扫描成像，获取原始图像；采用改进的斯托克斯参量测量法对原始图像进行双模成像处理，以分离出各向异性物质的偏振特性分布图像与空间结构分布图像，改进的斯托克斯参量测量法将描述偏振态的斯托克斯参量转换为RGB三基色并计算出相应的色度值作为偏振色度值，然后根据偏振色度值从原始图像提取出各向异性物质的偏振特性分布图像。本发明专利技术采用了改进的斯托克斯参量测量法对原始图像进行双模成像处理，适用性更广；消除了物体空间结构对透射光强的调制，干扰更小；以偏振态作为成像物理量，更加直观且全面。本发明专利技术可广泛应用于成像技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种各向异性物质的双模成像方法及装置
本专利技术涉及成像
，尤其是一种各向异性物质的双模成像方法及装置。
技术介绍
偏振成像技术广泛应用于生物医学成像、遥感天文成像、目标识别以及三维偏振积分成像等各个领域。生物组织的偏振特性会随着其结构功能的变化发生改变，因此可以通过偏振成像技术对生物组织的特性进行研究。传统的偏振成像技术探测的是样品的透射光强，透射光同时包含了样品的结构信息与空间信息，因此传统偏振成像方法只能对透明的各向异性物质(其透射系数为1)进行偏振成像，而对于具有复杂空间结构的各向异性物质来说，其偏振分布信息将被空间结构信息所掩盖，导致无法获取样品的纯偏振分布信息，造成传统偏振成像方法不再适用。传统偏振成像方法最终所获得的实际上是样品偏振分布图像与空间结构图像的混合图像，也就是说传统偏振成像方法对样品偏振特性成像的观察研究实际上受到了样品空间结构(如散射系数与吸收系数)成像的干扰。另外，传统偏振成像方法也只能以透射光偏振态中的某个投影作为成像物理量进行成像，并没有实现完全偏振态成像，不够直观和全面。此外，传统的偏振成像装置大多结构复杂，测量速度慢，操作不够方便，且成像效果较差，无法满足各向异性物质偏振成像的高要求。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的第一目的在于：提供一种适用性广、干扰小、直观和全面的，各向异性物质的双模成像方法。本专利技术的第二目的在于：提供一种结构简单、测量速度快、操作方便和成像效果好的，各向异性物质的投射式双模成像装置。本专利技术的第三目的在于：提供一种结构简单、测量速度快、操作方便和成像效果好的，各向异性物质的反射式双模成像装置。本专利技术所采取的技术方案是：一种各向异性物质的双模成像方法，包括以下步骤：对各向异性物质进行偏振-共焦显微扫描成像，获取原始图像；采用改进的斯托克斯参量测量法对原始图像进行双模成像处理，以分离出各向异性物质的偏振特性分布图像与空间结构分布图像，所述改进的斯托克斯参量测量法将描述偏振态的斯托克斯参量转换为RGB三基色并计算出相应的色度值作为偏振色度值，然后根据偏振色度值从原始图像提取出各向异性物质的偏振特性分布图像。进一步，所述对各向异性物质进行偏振-共焦显微扫描成像，获取原始图像这一步骤，其包括：结合偏振-共焦显微扫描系统的扫描平台，对各向异性物质进行X方向与Y方向的二维平面扫描，得到各向异性物质的单层二维原始图像；结合偏振-共焦显微扫描系统的扫描平台，对各向异性物质在Z方向进行逐层扫描，得到各向异性物质的Z方向图像；将各向异性物质的单层二维原始图像和Z方向图像进行逐层融合处理，得到各向异性物质的三维重构图像。进一步，所述采用改进的斯托克斯参量测量法对原始图像进行双模成像处理，以分离出各向异性物质的偏振特性分布图像与空间结构分布图像这一步骤，其包括：确定改进的斯托克斯参量测量法中描述偏振态的斯托克斯参数；将描述偏振态的斯托克斯参量转换为RGB三基色并计算出相应的色度值作为偏振色度值；根据偏振色度值从原始图像提取出各向异性物质的偏振特性分布图像；将各向异性物质的偏振特性分布图像从原始图像中去除，得到各向异性物质的空间结构分布图像。进一步，所述描述偏振态的斯托克斯参数对应的斯托克斯矢量表达式为：其中，s为经过偏振-共焦显微扫描系统的偏振片时偏振光对应的斯托克斯矢量，S为偏振光经过各向异性物质时对应的斯托克斯矢量，s0、s1、s2和s3分别为s对应的4个斯托克斯参数，S0、S1、S2和S3分别为S对应的4个斯托克斯参数，I0°、I90°、I+45°、I-45°、IR和IL分别表示经过偏振片后的光波的X偏振分量、Y偏振分量、45°方向偏振分量、-45°方向偏振分量、右旋偏振分量和左旋偏振分量的光强值，A为偏振-共焦显微扫描系统仪器矩阵，A-1为系统仪器矩阵A的逆矩阵，I为偏振-共焦显微扫描系统4路探测器的光强矩阵，I0、I1、I2和I3分别为4路探测器探测的光强值。进一步，所述将描述偏振态的斯托克斯参量转换为RGB三基色并计算出相应的色度值作为偏振色度值这一步骤，其包括：将描述偏振态的斯托克斯参量转换为RGB三基色，所述RGB三基色的计算公式为：其中，S0'(x,y)、S1'(x,y)、S2'(x,y)和S3'(x,y)为各向异性物质入射光的斯托克斯参数，S0"(x,y)、S1"(x,y)、S2"(x,y)和S3"(x,y)为各向异性物质透射光或反射光的斯托克斯参数，g(x,y)为各向异性物质的投射系数或反射系数，R(x,y)、G(x,y)和B(x,y)分别为RGB三基色的红色、绿色和蓝色分量；将各向异性物质透射光或反射光的斯托克斯参数值分为256个灰阶，然后根据RGB三基色计算出相应的色度值作为偏振色度值。进一步，所述根据偏振色度值从原始图像提取出各向异性物质的偏振特性分布图像这一步骤，其具体为：根据偏振色度值从单层二维原始图像中提取出各向异性物质的二维偏振特性分布图像，然后结合Z方向图像得到各向异性物质的三维偏振特性分布图像。本专利技术所采取的第二技术方案是：一种各向异性物质的双模成像装置，包括光源、位移扫描平台和计算机处理部件，所述光源的右侧自左往右依次设有偏振发生器组件、显微物镜、样品架、样品、第一凸透镜、分束组合部件、偏振分析器件、第二凸透镜和探测器，所述样品固定在样品架的右侧，所述位移扫描平台与样品架连接并位于样品架的上方，所述位移扫描平台还与计算机处理部件连接，所述计算机处理部件还与探测器连接。进一步，所述探测器采用CCD相机。本专利技术所采取的第三技术方案是：一种各向异性物质的双模成像装置，包括光源、偏振发生器组件、半透半反镜、位移扫描平台和计算机处理部件，所述偏振发生器组件位于光源的正上方，所述半透半反镜位于偏振发生器组件的正上方，所述半透半反镜的左侧自右往左依次设有显微物镜、样品和样品架，所述半透半反镜的右侧自左往右依次设有分束组合部件、偏振分析器件、第二凸透镜和探测器，所述样品固定在样品架的右侧，所述位移扫描平台与样品架连接并位于样品架的上方，所述位移扫描平台还与计算机处理部件连接，所述计算机处理部件还与探测器连接。进一步，所述探测器采用CCD相机。本专利技术的方法的有益效果是：采用了改进的斯托克斯参量测量法对原始图像进行双模成像处理，改进的斯托克斯参量测量法将描述偏振态的斯托克斯参量转换为RGB三基色，然后根据偏振色度值从偏振分布图像与空间结构图像的混合图像中提取出偏振特性分布图像，在样品为各向异性物质时仍能获得样品的纯偏振分布信息，适用性更广；改进的斯托克斯参量测量法通过偏振色度值消除了物体空间结构对透射光强的调制，实现了偏振信息和空间结构信息的完全分离，干扰更小；基于偏振色度值，以偏振态作为成像物理量，不再以透射光偏振态中的某个投影作为成像物理量，更加直观且全面地反映了样品的完全偏振特性分布。本专利技术的投射式双模成像装置的有益效果是：包括光源、位移扫描平台、计算机处理部件、偏振发生器组件、显微物镜、样品架、样品、第一凸透镜、分束组合部件、偏振分析器件、第二凸透镜和探测器，通过投射式结构光路实现了各向异性物质的结构成像与偏振特性成像双模成像，结构简单、测量速度快、操作方便和成像效果好，满足了各向异性物质偏振成像的高要求。本专利技术的反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种各向异性物质的双模成像方法，其特征在于：包括以下步骤：对各向异性物质进行偏振‑共焦显微扫描成像，获取原始图像；采用改进的斯托克斯参量测量法对原始图像进行双模成像处理，以分离出各向异性物质的偏振特性分布图像与空间结构分布图像，所述改进的斯托克斯参量测量法将描述偏振态的斯托克斯参量转换为RGB三基色并计算出相应的色度值作为偏振色度值，然后根据偏振色度值从原始图像提取出各向异性物质的偏振特性分布图像。

【技术特征摘要】
1.一种各向异性物质的双模成像方法，其特征在于：包括以下步骤：对各向异性物质进行偏振-共焦显微扫描成像，获取原始图像；采用改进的斯托克斯参量测量法对原始图像进行双模成像处理，以分离出各向异性物质的偏振特性分布图像与空间结构分布图像，所述改进的斯托克斯参量测量法将描述偏振态的斯托克斯参量转换为RGB三基色并计算出相应的色度值作为偏振色度值，然后根据偏振色度值从原始图像提取出各向异性物质的偏振特性分布图像。2.根据权利要求1所述的一种各向异性物质的双模成像方法，其特征在于：所述对各向异性物质进行偏振-共焦显微扫描成像，获取原始图像这一步骤，其包括：结合偏振-共焦显微扫描系统的扫描平台，对各向异性物质进行X方向与Y方向的二维平面扫描，得到各向异性物质的单层二维原始图像；结合偏振-共焦显微扫描系统的扫描平台，对各向异性物质在Z方向进行逐层扫描，得到各向异性物质的Z方向图像；将各向异性物质的单层二维原始图像和Z方向图像进行逐层融合处理，得到各向异性物质的三维重构图像。3.根据权利要求2所述的一种各向异性物质的双模成像方法，其特征在于：所述采用改进的斯托克斯参量测量法对原始图像进行双模成像处理，以分离出各向异性物质的偏振特性分布图像与空间结构分布图像这一步骤，其包括：确定改进的斯托克斯参量测量法中描述偏振态的斯托克斯参数；将描述偏振态的斯托克斯参量转换为RGB三基色并计算出相应的色度值作为偏振色度值；根据偏振色度值从原始图像提取出各向异性物质的偏振特性分布图像；将各向异性物质的偏振特性分布图像从原始图像中去除，得到各向异性物质的空间结构分布图像。4.根据权利要求3所述的一种各向异性物质的双模成像方法，其特征在于：所述描述偏振态的斯托克斯参数对应的斯托克斯矢量表达式为：其中，s为经过偏振-共焦显微扫描系统的偏振片时偏振光对应的斯托克斯矢量，S为偏振光经过各向异性物质时对应的斯托克斯矢量，s0、s1、s2和s3分别为s对应的4个斯托克斯参数，S0、S1、S2和S3分别为S对应的4个斯托克斯参数，I0°、I90°、I+45°、I-45°、IR和IL分别表示经过偏振片后的光波的X偏振分量、Y偏振分量、45°方向偏振分量、-45°方向偏振分量、右旋偏振分量和左旋偏振分量的光强值，A为偏振-共焦显微扫描系统仪器矩阵，A-1为系统仪器矩阵A的逆矩阵，I为偏振-共焦显微扫描系统4路探测器的光强矩阵，I0、I1、I2和I3分别为4路探测器探测的光强值...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐志列，王洁琳，何燕玟，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44