一种穆勒显微偏振像差校准方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种穆勒显微偏振像差校准方法及装置，所述方法包括如下步骤：S1、分别对标准样本和实验样本进行如下图像采集步骤：使光在经过起偏模块、样本、物镜、检偏模块后到达CCD，利用CCD进行图像采集；其中样本是指所述标准样本和实验样本；S2、数据采集完整之后对数据进行处理，其算法为特征值校准法，最后计算空气实验样本的穆勒矩阵；其中标准样本包括：空气标准样本、0°偏振片标准样本、90°偏振片标准样本和30°波片标准样本。本发明专利技术以特征值校准法为基础，并采用四种标准样本用以校准，保证了穆勒显微镜的测量精度和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种穆勒显微偏振像差校准方法及装置
本专利技术涉及一种穆勒显微偏振像差校准方法及装置。
技术介绍
穆勒显微镜是穆勒矩阵测量技术、穆勒矩阵参数提取技术和显微成像技术的结合，使用穆勒显微镜对生物样本进行偏振成像，能够在得到样本图像信息的同时得到生物样本的完整的穆勒矩阵。另外使用穆勒矩阵分解技术和穆勒矩阵变换技术对样本的穆勒矩阵进行处理，即可从样本的穆勒矩阵中提取出和生物微观结构密切相关又有明确物理意义的偏振成像参数，比如描述生物样本纤维化程度和纤维化方向的定量参数。这些参数可以有效地辅助进行病理诊断和对生物生长过程的研究，且与传统的病理检测和生物生长过程研究方法相比，具有更高的灵敏度和分辨率。所以穆勒显微镜在生物领域，尤其是癌症检测方面有着良好的应用前景。现有技术中，一般选用双旋转波片装置作为穆勒显微成像设备中的偏振调制模块。使用该装置对样本进行穆勒矩阵测量的过程中存在着一些缺点：(1)穆勒矩阵测量精度依赖于偏振器件的制造精度，存在来自偏振片的透射率和消光比以及波片的透射率参数不理想带来的系统误差。(2)如果不能实现光路精准调节，测量结果中就会有由于偏振器件初始位置不准确带来的系统误差。(3)偏振调制的精度依赖对波片快轴方向的精确控制，所以测量结果中还存在由于波片快轴方向控制误差带来的测量误差。穆勒显微成像设备中其数据处理方法为傅里叶变换法，同时也有基于该数据处理方法的校准算法来减小上述缺点带来的误差，但是该校准算法也存在着缺陷，包括信息丢失、二次误差传递、偏振器件初始位置受限，并且该校准算法未考虑在显微镜系统中聚光镜和物镜带来的影响，使得算法系统模型不完善，未能克服聚光镜和物镜带来的偏振像差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种穆勒显微偏振像差校准方法及装置，保证穆勒显微镜的测量精度和稳定性。为此，本专利技术的穆勒显微偏振像差校准方法包括如下步骤：S1、分别对标准样本和实验样本进行如下图像采集步骤：使光在经过起偏模块、样本、物镜、检偏模块后到达CCD，利用CCD进行图像采集；其中样本是指所述标准样本和实验样本；S2、数据采集完整之后对数据进行处理，其算法为特征值校准法，最后计算空气实验样本的穆勒矩阵；其中标准样本包括：空气标准样本、0°偏振片标准样本、90°偏振片标准样本和30°波片标准样本。在本专利技术实施例中，还包括如下特征：起偏模块和检偏模块中波片采用各自独立旋转的偏振调制。起偏模块和检偏模块当中的波片分别处于35°、70°、105°和140°时CCD进行图像采集，共采集16组图像。偏振器件初始时刻主轴方向均平行，起偏和检偏模块中波片转速比为1:1。每次旋转的角度基数的为35°及其整数倍。起偏模块和检偏模块中波片转速比取整数转速比。初始时刻使波片快轴方向与第一个偏振片透光轴方向平行，第二个偏振片透光轴与第一个偏振片透光轴正交。本专利技术还提出一种穆勒显微偏振像差校准装置，包括：依次设置在光路上的起偏模块、样本、物镜、检偏模块后到达CCD，利用CCD进行图像采集；其中样本是指所述标准样本和实验样本；数据采集完整之后对数据进行处理的数据处理装置，其中算法为特征值校准法，用于计算空气实验样本的穆勒矩阵；其中，标准样本包括：空气标准样本、0°偏振片标准样本、90°偏振片标准样本和30°波片标准样本。本专利技术上述技术方案以特征值校准法为基础，并采用四种标准样本用以校准，保证了穆勒显微镜的测量精度和稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例整体示意图。图2是本专利技术实施例光路系统模型示意图。图3是本专利技术实施例流程示意图。图4a是波片旋转角度基数仪器矩阵对条件数的影响示意图。图4b是波片旋转角度基数仪器矩阵对误差传递系数的影响示意图。图5a是波片转速比仪器矩阵对条件数的影响示意图。图5b是波片转速比仪器矩阵对误差传递系数的影响示意图。图6a、6b、6c、6d、6e、6f分别为偏振器件初始时刻主轴方向对仪器矩阵对条件数(6a、6b、6c)和误差传递系数(6d、6e、6f)的影响。具体实施方式本专利技术下述实施例使用特征值校准法实现穆勒矩阵的测量和校准，通过以下描述我们将看到，该校准方法具有如下几个优点：(1)使用多种穆勒矩阵已知的标准样本来实现对起偏模块和检偏模块的完全建模和校准，所以没有建模误差。(2)偏振器件初始位置，偏振器件的制造误差，系统的偏振像差等误差因素都已经被包含在系统模型中且通过校准算法实现校准，所以对系统光路调节和器件选型方面要求降低。(3)通过对系统模型的完善和算法修正，可以有效克服偏振像差。下面分几个方面对实施例进行具体描述。整体方法概述如图1所示为本实施例的整体方案，光在经过起偏模块、样本、物镜、检偏模块后到达CCD，CCD进行图像采集，分别对标准样本(空气标准样本、0°偏振片标准样本、90°偏振片标准样本、30°波片标准样本)和实验样本(空气实验样本)进行上述步骤。数据采集完整之后对数据进行处理，其算法为特征值校准法，最后计算空气实验样本的穆勒矩阵。光路系统构成如图2所示为本实施例的光路系统模型，主要器件为光源、起偏模块(偏振片和波片组成)、样品(校准标准样本为空气标准样本、0°偏振片标准样本、90°偏振片标准样本、30°波片标准样本)、检偏模块(波片和偏振片组成)物镜和CCD。机械部件具体步骤波片每次旋转的角度基数、波片转速比、波片的相位延迟量、初始时刻偏振器件的主轴方向、一次完整测量中的光强测量次数是基于双旋转波片装置的穆勒矩阵测量方案中需要确定的问题。为了尽可能减小特征值校准法中需要进行建模的系统参数个数以简化校准过程，本专利技术实施例采用起偏模块和检偏模块中波片各自独立旋转的偏振调制方案。为起偏和检偏模块分别选取4个快轴角度，总计进行16次的偏振调制。考虑到偏振器件的可得性，选取四分之一波片作为起偏模块和检偏模块中的波片。如流程图3所示，起偏模块和检偏模块当中的波片分别处于35°、70°、105°和140°时CCD进行图像采集，共采集16组图像。算法设计本专利技术实施例使用仪器矩阵条件数和测量过程中的误差传递系数做为设计指标，完成对测量方案的设计。首先按照偏振器件初始时刻主轴方向均平行，起偏和检偏模块中波片转速比为1:1的前提分析波片每次旋转的角度基数对仪器矩阵条件数和误差传递系数的影响。图4a、4b为仪器矩阵条件数和误差传递系数随波片每次旋转的角度基数的变化曲线图。其中两个子图中横坐标均表示弧度制的角度基数，图4a中纵坐标表示仪器矩阵条件数，图4b中纵坐标表示测量过程中的误差传递系数。为了更好地展示数据，将纵坐标限定在(0，300)以内。从图1中可以看出角度基数的最优值为35°及其整数倍(从图4a和b中纵坐标最小值对应的横坐标为0.61rad及其整数倍，0.61rad即35°左右，实际上在程序中找到最小值点就是35°，图中是用曲线对应的横坐标数值)。选取波片每次旋转的角度基数为35°，之后分析波片转速比对仪器矩阵条件数和误差传递系数的影响并绘制图5a、5b。其中图5a展示了仪器矩阵条件数随波片转速比的变化(设定一个转速基数，横坐标表示起偏中波片对应这个基数的旋转倍数，左侧纵坐标表示检偏中波片对应这个基数的旋转倍数，则横坐标与左侧纵坐标的数值就是这两个波片的转速比)，图5b展示了误差传递系数随波片转速比的变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穆勒显微偏振像差校准方法，包括如下步骤：S1、分别对标准样本和实验样本进行如下图像采集步骤：使光在经过起偏模块、样本、物镜、检偏模块后到达CCD，利用CCD进行图像采集；其中样本是指所述标准样本和实验样本；S2、数据采集完整之后对数据进行处理，其算法为特征值校准法，最后计算空气实验样本的穆勒矩阵；其中标准样本包括：空气标准样本、0°偏振片标准样本、90°偏振片标准样本和30°波片标准样本。

【技术特征摘要】
1.一种穆勒显微偏振像差校准方法，包括如下步骤：S1、分别对标准样本和实验样本进行如下图像采集步骤：使光在经过起偏模块、样本、物镜、检偏模块后到达CCD，利用CCD进行图像采集；其中样本是指所述标准样本和实验样本；S2、数据采集完整之后对数据进行处理，其算法为特征值校准法，最后计算空气实验样本的穆勒矩阵；其中标准样本包括：空气标准样本、0°偏振片标准样本、90°偏振片标准样本和30°波片标准样本。2.如权利要求1所述的穆勒显微偏振像差校准方法，其特征在于：起偏模块和检偏模块中波片采用各自独立旋转的偏振调制。3.如权利要求1所述的穆勒显微偏振像差校准方法，其特征在于：起偏模块和检偏模块当中的波片分别处于35°、70°、105°和140°时CCD进行图像采集，共采集16组图像。4.如权利要求1所述的穆勒显微偏振像差校准方法，其特征在于：偏振器件初始时刻主轴方向均平行，起偏和检偏模块中波片转速比为1:1。5.如权利要求2所述的穆勒显微偏振像差校准方法，其特征在于：每次旋转的角度基数的为35°及其整数倍。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：程雪岷，余杰威，马辉，李懋林，何宏辉，
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