用于对物体进行照明和成像的设备、系统与方法技术方案

本发明专利技术提供一种照明系统，所述照明系统包括配置为将成像目标置于其上的表面、光源、分束器，至少还包括第一反射镜。所述分束器配置为将来自所述光源的光束分开，并且所述第一反射镜配置为将来自所述分束器的第一束反射到具有所述成像目标的所述表面上。成像系统包括配置为具有布置于其上的成像目标的成像表面、反射镜和捕获设备。所述捕获设备配置为通过从所述成像目标延伸、反射出所述反射镜并且到达所述捕获设备的发射光的路径捕获所述成像目标的图像。所述反射镜、所述捕获设备或两者均配置为相对于所述成像表面在对角线方向上移动以缩短所述发射光的路径的长度。还公开了用于校准成像系统以消除或减小样本图像内由于成像系统特性引起的非均匀性。

【技术实现步骤摘要】
用于对物体进行照明和成像的设备、系统与方法
本公开涉及用于对物体进行照明并且获得物体的高分辨率图像的设备、系统与方法。本公开还涉及图像非均匀性校正的方法。
技术介绍
需要不依赖于诸如数字放大或使用变焦透镜的方法提供物体的高分辨率图像的成像设备、系统与方法。随着图像被放大，数字放大通常导致图像像素化。在许多情况下难以使用变焦透镜，因为通常难以以稳定的方式满足诸如大孔径、焦距、工作距离、变形、场曲率和信号衰减等各种要求。还需要能够在不同时使用两个或更多个光源的情况下提供两束或更多束光以对成像目标进行照明的照明设备、系统和方法，特别是在均匀的照明方法中。使用多个光源通常导致不同光功率的光束被施加于成像目标，因为使用两个光源时必须单独进行维护，并且可能在制造或配置在设备或系统内之后具有不同的光学特性。此外，使用多个光源通常导致成像目标的总体照度具有较高的非均匀性，并且照明系统还具有较高的机械复杂性，其继而提高了维护要求并且增加了不均匀照明的可能性。成像期间的另一个常见问题(与成像模式无关)是图像非均匀性。例如，当相同样品置于成像表面或视野的不同位置，即使相同样品发射相同信号，相应图像也会基于位置看起来不均匀。本领域需要解决图像非均匀性。
技术实现思路
本专利技术公开了一种照明系统。该照明系统包括表面、光源、分束器、第一反射镜和第二反射镜。表面配置为具有布置于其上的成像目标。光源配置为射出一束光。分束器配置为将来自光源的光束分离为第一光束和第二光束。第一反射镜配置为反射第一光束以提供对表面进行照明的反射的第一光束。第二反射镜配置为反射第二光束以提供对表面进行照明的反射的第二光束。在另一个实施例中，照明系统包括表面、光源、分束器和第一反射镜。表面配置为具有布置于其上的成像目标。光源配置为射出一束光。分束器配置为将来自光源的光束分离为第一光束和第二光束。第二光束对表面进行照明。第一反射镜配置为反射来自分束器的第一光束以提供对表面进行照明的反射的第一光束。还公开了一种照明方法。该方法包括提供具有布置于其上的成像目标的表面。该方法还包括通过光源提供一束光。该方法还包括将该束光分离为第一光束和第二光束。该方法还包括对表面进行照明。照明包括：(i)使用第一反射镜反射第一光束以产生对表面进行照明的反射的第一光束，以及(ii)使用第二反射镜反射第二光束以产生对表面进行照明的反射的第二光束。在另一个实施例中，照明方法包括通过光源提供一束光。该方法还包括将该束光分离为第一光束和第二光束。该方法还包括对置于其上的成像目标的表面进行照明。照明包括使用第一反射镜反射第一光束以产生对表面进行照明的反射的第一光束。从该束光中分出第二光束，使得该第二光束对表面进行照明。还公开了一种成像系统。该成像系统包括成像表面、反射镜和捕获设备。成像表面配置为置于其上的成像目标。捕获设备配置为通过从成像目标延伸、反射出反射镜并且到达捕获设备的发射光的路径捕获成像目标的图像。反射镜、捕获设备或两者配置为相对于成像表面在对角线方向上移动以缩短发射光的路径的长度。在另一个实施例中，成像系统包括成像表面、反射镜、反射镜轴、捕获设备、捕获设备轴和传动块。成像表面配置为置于其上的成像目标。反射镜配置为沿反射镜轴在第一对角线方向上移动。捕获设备配置为通过从成像目标延伸、反射出反射镜并且到达捕获设备的发射光的路径捕获成像目标的图像。捕获设备配置为沿捕获设备轴在第二对角线方向上移动。传动块传递反射镜和捕获设备之间的运动，从而使反射镜和捕获设备同时移动。还公开了一种成像方法。该方法包括将成像目标置于成像表面上。该方法还包括使捕获设备、反射镜或两者均相对于成像表面在对角线方向上移动。该方法还包括使用捕获设备通过从成像目标延伸、反射出反射镜并且到达捕获设备的发射光的路径捕获成像目标的图像。还公开了一种照明与成像系统。该系统包括配置为具有布置于其上的成像目标的表面。光源配置为射出一束光。分束器配置为将来自光源的光束分离为第一光束和第二光束。第一照明镜配置为反射第一光束以提供对表面进行照明的反射的第一光束。第二照明镜配置为反射第二光束以提供对表面进行照明的反射的第二光束。捕获设备配置为通过从成像目标延伸、反射出发射镜并且到达捕获设备的路径捕获成像目标的图像。发射镜、捕获设备或两者配置为相对于表面在对角线方向上移动以缩短路径的长度。还公开了一种照明与成像方法。该方法包括将成像目标置于表面上。该方法还包括从光源射出一束光。该方法还包括将该束光分离为第一光束和第二光束。该方法还包括对成像目标进行照明。照明包括：(i)使用第一照明镜反射第一光束以产生对表面进行照明的反射的第一光束，以及(ii)使用第二照明镜反射第二光束以产生对表面进行照明的反射的第二光束。该方法还包括使用捕获设备通过从成像目标延伸、反射出发射镜并且到达捕获设备的路径捕获成像目标的图像。本公开在一些实施例中描述了用于生成经过非均匀性校正的图像的方法。在一些实施例中，非均匀性被显示为对于在视场上的不同位置处测得的相同信号，具有变化的强度信号的图像。本公开的非均匀性校正方法可应用于从各种样本获得的图像，所述样本包括生物样本，该生物样本包含生物分子诸如蛋白质、多肽、糖蛋白、改性蛋白、核酸、DNA、RNA、碳水化合物、脂质、脂多糖、生物聚合物、由细胞和组织产生的其它代谢物以及它们的组合。生物分子或具有生物分子的生物样本可单独成像，或者可分散、定位或嵌入膜、凝胶、滤纸、载玻片、微板或基质诸如聚丙烯酰胺凝胶或硝酸纤维素或PDVF膜印迹、琼脂糖凝胶、琼脂平板、细胞培养板或组织切片中进行成像。本公开的非均匀性校正方法可应用于从上述样本中的任一种获得的图像。本公开的非均匀性校正方法可应用于通过生物样本的化学发光变化生成的图像或通过样本的荧光变化生成的图像。本公开的非均匀性校正方法可应用于通过生物发光成像、透照或反射光成像生成的图像。在一个实施例中，生成经过非均匀性校正的图像的方法包括：计算成像传感器上多个像素的成像透镜的相对照度；基于该相对照度生成平场校正矩阵；捕获或采集一个或多个生物样本的图像，其中图像具有非均匀性；以及使用平场校正矩阵调整所捕获的图像以生成经过非均匀性校正的图像。在一个实施例中，生成平场校正矩阵包括对相对照度取倒数以生成平场校正矩阵。在一些实施例中，使用通过线性或非线性曲线拟合回归获得的公式计算相对照度。该曲线可为一次多项式、二次多项式、三次多项式等。计算平场校正矩阵生成平场校正矩阵值。利用平场校正矩阵调整所捕获的图像包括将捕获或采集的一个或多个生物样本的图像乘以平场校正矩阵的值。在一些实施例中，利用平场校正矩阵调整所捕获或采集的图像还包括基于像素到像素将捕获或采集的一个或多个生物样本的图像乘以平场校正矩阵的值以生成经平场校正的图像。在一些实施例中，经平场校正的图像显示捕获或采集的一个或多个生物样本的各个图像的信号电平的正确率，而与其在视场上的位置无关。在一个实施例中，本公开提供了一种生成经过非均匀性校正的图像的方法，该方法包括：计算成像传感器上多个像素的成像透镜的相对照度；对相对照度取倒数以生成平场校正矩阵；捕获或采集生物样本的图像；以及基于像素到像素将捕获或采集的生物样本的图像乘以平场校正矩阵的值以生成经平场校正的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种照明系统，包括：表面，配置将成像目标置于其上；光源，配置为射出一束光；分束器，配置为将来自所述光源的所述光束分离为第一光束和第二光束；第一反射镜，配置为反射所述第一光束以提供对所述表面进行照明的反射的第一光束；第二反射镜，配置为反射所述第二光束以提供对所述表面进行照明的反射的第二光束。

【技术特征摘要】
2016.10.13 US 62/408,018;2017.05.19 US 62/508,7471.一种照明系统，包括：表面，配置将成像目标置于其上；光源，配置为射出一束光；分束器，配置为将来自所述光源的所述光束分离为第一光束和第二光束；第一反射镜，配置为反射所述第一光束以提供对所述表面进行照明的反射的第一光束；第二反射镜，配置为反射所述第二光束以提供对所述表面进行照明的反射的第二光束。2.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述反射的第一光束和所述反射的第二光束提供对所述表面的偏轴照明。3.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述反射的第一光束和所述反射的第二光束提供对所述表面的基本上对称的照明。4.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述光束具有光束光功率，所述第一光束具有第一光束光功率并且第二光束具有第二光束光功率，并且其中所述第一光束光功率和第二光束光功率各自为所述光束光功率的至少40％。5.根据权利要求4所述的照明系统，其中所述第一光束光功率和第二光束光功率各自为所述光束光功率的至少45％。6.根据权利要求5所述的照明系统，其中所述第一光束光功率和第二光束光功率基本上相等。7.根据权利要求1所述的照明系统，还包括第三反射镜，其中所述反射的第一光束或所述反射的第二光束配置为在对所述表面进行照明之前反射出所述第三反射镜。8.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述分束器配置为将来自所述光源的所述光束分离为所述第一光束、所述第二光束和第三束。9.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述分束器包括棱镜、板、介质反射镜、金属涂覆反射镜、分束器立方体、光纤分束器或光纤，所述光纤配置为在产生两个或更多个输出光束之前使光准直成束。10.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述第一光束反射出所述分束器，并且所述第二光束穿过所述分束器。11.根据权利要求1所述的照明系统，还包括第二分束器，所述第二分束器配置为将所述反射的第一光束分离为两个反射束，所述两个反射束对所述表面提供不同角度的偏轴照明。12.根据权利要求11所述的照明系统，还包括第三分束器，所述第三分束器配置为将所述反射的第二光束分离为两个反射束，所述两个反射束对所述表面提供不同角度的偏轴照明。13.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述第一光束的中心和所述第二光束的中心之间的角度为约62°至约68°。14.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述反射的第一光束的中心和所述反射的第二光束的中心之间的角度为约106°至约114°。15.根据权利要求1所述的照明系统，其中从所述分束器到所述第一反射镜到所述表面的第一距离基本上等于从所述分束器到所述第二反射镜到所述表面的第二距离。16.一种照明系统，包括：表面，配置为将成像目标置于其上；光源，配置为射出一束光；分束器，所述分束器配置为将来自所述光源的光束分离为第一光束和第二光束，其中所述第二光束对所述表面进行照明；第一反射镜，所述第一反射镜配置为反射来自所述分束器的所述第一光束以提供对所述表面进行照明的反射的第一光束。17.根据权利要求16所述的照明系统，其中反射的第一光束和所述第二光束提供对所述表面的基本上对称的照明。18.根据权利要求16所述的照明系统，其中所述分束器具有第一端部和第二端部，并且其中所述分束器为可变分束器，所述可变分束器在所述第一端部和所述第二端部分得的所述光束的光功率不同。19.根据权利要求18所述的照明系统，其中所述光束具有光束光功率，所述第一光束具有第一光束光功率，并且第二光束具有第二光束光功率，并且其中所述第一光束光功率和第二光束光功率各自为所述光束光功率的至少40％。20.根据权利要求19所述的照明系统，其中所述第一光束光功率和第二光束光功率各自为所述光束光功率的至少45％。21.根据权利要求20所述的照明系统，其中所述第一光束光功率和第二光束光功率基本上相等。22.一种照明方法，包括：提供可将成像目标置于其上的表面；通过光源提供一束光；将所述光束分离为第一光束和第二光束；以及对所述表面进行照明，其中所述照明包括：(i)使用第一反射镜反射所述第一光束以产生对所述表面进行照明的反射的第一光束，以及(ii)使用第二反射镜反射所述第二光束以产生对所述表面进行照明的反射的第二光束。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述反射的第一光束和所述反射的第二光束提供对所述表面的偏轴照明。24.根据权利要求22所述的方法，其中所述反射的第一光束和所述反射的第二光束提供对所述表面的基本上对称的照明。25.根据权利要求22所述的方法，其中所述光束具有光束光功率，所述第一光束具有第一光束光功率并且第二光束具有第二光束光功率，并且其中所述第一光束光功率和第二光束光功率各自为所述光束光功率的至少40％。26.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一光束光功率和第二光束光功率各自为所述光束光功率的至少45％。27.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一光束光功率和第二光束光功率基本上相等。28.根据权利要求22所述的方法，其中在对所述表面进行照明之前，利用第三反射镜反射所述反射的第一光束或所述反射的第二光束。29.根据权利要求22所述的方法，其中所述光束被分离为所述第一光束、所述第二光束和第三束。30.根据权利要求22所述的方法，其中所述光束由分束器进行拆分。31.根据权利要求30所述的方法，其中所述分束器包括棱镜、板、介质反射镜、金属涂覆反射镜、分束器立方体、光纤分束器或光纤，所述光纤配置为在产生两个或更多个输出光束之前使光准直成束。32.根据权利要求30所述的方法，其中所述第一光束反射出所述分束器，并且所述第二光束穿过所述分束器。33.根据权利要求22所述的方法，其中所述反射的第一光束被分离为两个反射束，所述两个反射束对所述表面提供不同角度的偏轴照明。34.根据权利要求33所述的方法，其中所述反射的第二光束被分离为两个反射束，所述两个反射束对所述表面提供不同角度的偏轴照明。35.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一光束的中心和所述第二光束的中心之间的角度为约62°至约68°。36.根据权利要求22所述的方法，其中所述反射的第一光束的中心和所述反射的第二光束的中心之间的角度为约106°至约114°。37.根据权利要求30所述的方法，其中从所述分束器到所述第一反射镜到所述表面的第一距离基本上等于从所述分束器到所述第二反射镜到所述表面的第二距离。38.一种照明方法，包括：通过光源提供一束光；将所述光束分离为第一光束和第二光束；以及对置有成像目标的表面进行照明，其中照明包括使用第一反射镜反射所述第一光束以产生对所述表面进行照明的反射的第一光束，并且其中所述第二光束从所述光束中分出，使得所述第二光束对所述表面进行照明。39.一种照明与成像系统，包括：表面，配置为将成像目标置于其上；光源，配置为射出一束光；分束器，配置为将来自所述光源的所述光束分离为第一光束和第二光束；第一照明镜，所述第一照明镜配置为反射所述第一光束以提供对所述表面进行照明的反射的第一光束；第二照明镜，所述第二照明镜配置为反射所述第二光束以提供对所述表面进行照明的反射的第二光束；发射镜；和捕获设备，所述捕获设备配置为通过从所述成像目标延伸、反射出所述发射镜并且到达所述捕获设备的路径捕获所述成像目标的图像，其中所述发射镜、所述捕获设备或两者均配置为相对于所述表面在对角线方向上移动以缩短所述路径的长度。40.根据权利要求39所述的照明与成像系统，其中所述反射的第一光束和所述反射的第二光束提供对所述表面的偏轴照明。41.根据权利要求39所述的照明与成像系统，其中所述反射的第一光束和所述反射的第二光束提供对所述表面的基本上对称的照明。42.根据权利要求39所述的照明与成像系统，其中所述光束具有光束光功率，所述第一光束具有第一光束光功率并且第二光束具有第二光束光功率，并且其中所述第一光束光功率和第二光束光功率各自为所述光束光功率的至少40％。43.根据权利要求42所述的照明与成像系统，其中所述第一光束光功率和第二光束光功率各自为所述光束光功率的至少45％。44.根据权利要求43所述的照明与成像系统，其中所述第一光束光功率和第二光束光功率基本上相等。45.根据权利要求39所述的照明与成像系统，还包括第三照明镜，其中所述反射的第一光束或所述反射的第二光束配置为在对所述表面进行照明之前反射出所述第三照明镜。46.根据权利要求39所述的照明与成像系统，其中所述分束器配置为将来自所述光源的所述光束分离为所述第一光束、所述第二光束和第三束。47.根据权利要求39所述的照明与成像系统，其中所述分束器包括棱镜、板、介质反射镜、金属涂覆反射镜、分束器立方体、光纤分束器或光纤，所述光纤配置为在产生两个或更多个输出光束之前使光准直成束。48.根据权利要求39所述的照明与成像系统，其中所述第一光束反射出所述分束器，并且所述第二光束穿过所述分束器。49.根据权利要求39所述的照明与成像系统，还包括第二分束器，所述第二分束器配置为将所述反射的第一光束分离为两个反射束，所述两个反射束对所述表面提供不同角度的偏轴照明。50.根据权利要求39所述的照明与成像系统，还包括第三分束器，所述第三分束器配置为将所述反射的第二光束分离为两个反射束，所述两个反射束对所述表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·陈，B·史，T·H·多，S·姚，
申请(专利权)人：生命技术控股私人有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US