一种光场光学显微镜及其光场显微成像分析系统技术方案

一种光场光学显微镜及其光场显微成像分析系统，包括光学显微镜，多向照明系统，安装在所述光学显微镜中，用于为光场图像的拍摄和视频记录提供多向光源和可控的光通量；光场相机，安装在所述光学显微镜的顶部，用于捕获光场图像或记录光场视频。该光场显微成像分析系统，包括：光场光学显微镜和图像分析处理系统，图像分析处理系统与所述光场相机相连，用于获取所述光场相机捕获的光场图像和视频，分析和处理所述光场图像，以生成三维立体图或重聚焦图像。本发明专利技术所提供的光场光学显微镜及其光场显微成像分析系统结构简单、成本低廉，操作方便，能够进行浅景深的小焦点区域的样品观察且能够准确地捕获光场图像，以生成三维立体图或三维视频。

A light field optical microscope and its imaging analysis system

A light field optical microscope and its light field micro imaging analysis system, including an optical microscope, a multi-directional illumination system, are installed in the optical microscope to provide a multi-directional light source and a controllable luminous flux for photographing and video recording of the light field image; a light field camera is installed on the top of the optical microscope to capture the light field image or record the light field video. The light field micro imaging analysis system includes a light field optical microscope and an image analysis processing system. The image analysis processing system is connected with the light field camera to obtain the light field image and video captured by the light field camera, analyze and process the light field image to generate a three-dimensional stereogram or a refocused image. The optical field optical microscope and the optical field micro imaging analysis system provided by the invention have simple structure, low cost and convenient operation, can observe samples in small focus area with shallow depth of field, and can accurately capture the optical field image to generate three-dimensional stereogram or three-dimensional video.

【技术实现步骤摘要】
一种光场光学显微镜及其光场显微成像分析系统
本专利技术涉及显微
，尤其涉及一种光场光学显微镜及其光场显微成像分析系统。
技术介绍
显微镜一直是医学和科学研究中不可缺少的工具，它可以产生小物体的放大图像。但是，传统显微镜存在一些局限性。首先，使用高倍率镜头或更大光圈镜头时，景深非常浅。为了查看大量物体的不同层面的情况，需要可调平台来上下移动物体，这样会难以观察或捕获到生物体或光敏样品的图像，且浅景深限制了小焦点区域的标本观察。其次，单目相机很难在单次曝光中捕捉能够用于生成三维立体图的光场图像；传统的光学显微镜只在一个方向投影，所以只能拍摄二维照片。第三，目前，大多数能够将光场图像转化为三维立体图的采集设备都是为工业和商业用途开发的，造价和费用都较高。因此，普通消费者很难使用到这种采集设备，即便使用到这种采集设备，其操作也较为复杂。
技术实现思路
本专利技术本专利技术提供了一种光场光学显微镜及其光场显微成像分析系统，其结构简单、成本低廉，操作方便，能够进行浅景深的小焦点区域的样品观察且能够准确地捕获光场图像，以生成三维立体图或三维视频。针对上述技术问题，本专利技术用于解决以上技术问题的技术方案为，提供了一种光场光学显微镜，包括光学显微镜，还包括：多向照明系统，安装在所述光学显微镜中，用于为光场图像的拍摄和视频记录提供多向光源和可控的光通量；光场相机，安装在所述光学显微镜的顶部，用于捕获光场图像或记录光场视频。可选地，所述光场相机包括：数码相机和安装在所述数码相机中的复眼件，所述数码相机包括防护玻璃和位于防护玻璃一侧的图像传感器，所述复眼件安装在所述防护玻璃和图像传感器之间的靠近所述图像传感器的一侧。可选地，所述复眼件为经过超精密机器加工后在精密成型机中注塑成型而成的微透镜阵列。可选地，所述光学显微镜包括镜座、安装在镜座上的载物台，且所述载物台的背离所述镜座的一侧侧面上设置有样品放置处，用于放置样品；所述多向照明系统包括背光照明系统和周围照明系统，所述背光照明系统设置在所述镜座朝向所述载物台的一侧上；所述周围照明系统设置在所述载物台的背离所述镜座的一侧侧面上且环绕所述样品放置处设置，用于为光场图像的拍摄和光场视频的记录提供周向的多向光源和可控的光通量。可选地，所述周围照明系统包括陈列环、多个LED灯和与多个与所述多个LED灯一一对应的开关，所述陈列环设置在所述载物台的背离所述镜座的一侧侧面上且环绕所述样品放置处设置，所述多个LED灯均匀地分布所述陈列环的环壁上，所述多个开关与所述多个LED灯一一对应地设置在陈列环的环壁上。可选地，光场光学显微镜还包括校正透镜，安装在所述光学显微镜和所述光场相机之间，用于匹配所述光学显微镜和所述光场相机，并校正光路。本专利技术还提供了一种光场显微成像分析系统，包括：如权利要求1-8所述的光场光学显微镜；图像分析处理系统，与所述光场相机相连，用于获取所述光场相机捕获的光场图像和视频，分析和处理所述光场图像，以生成三维立体图或重聚焦图像。可选地，图像分析处理系统包括：图像接收模块，与所述光场相机相连，用于获取所述光场相机捕获的光场图像和视频；分析处理模块，提取所述光场图像和视频的像素，根据所述像素的焦深信息将所述像素分为若干像素组。图像生成模块，根据所述像素组生成三维立体图或重聚焦图像。本专利技术的光场光学显微镜仅通过对现有的数码相机和光学显微镜进行改进即可获得，采用普通光学显微镜和数码相机的操作即可控制本专利技术中的光场光学显微镜，其操作简便，结构简单。其次，本专利技术中的复眼件是在图像传感器前设置的微透镜阵列，用于光场图像拍摄。复眼件的生产成本很低，因此，它们可以大批量注塑，可以达到采用低成本即可捕获用于生成三维立体图或者视频的光场图像或视频的技术效果。最后，本申请的多向照明系统可为光场图像拍摄提供足够多向的光线，并且可以在光通量和方向上进行控制，从而使得本申请的光场光学显微镜能够进行浅景深的小焦点区域的样品观察且使得具有复眼件的光场相机能够准确地捕获光场图像。光场显微成像分析系统通过图像分析处理系统对光场图像进行处理，生成三维立体图和深度信息后，可以生成重聚焦的二维图像，通过实现重聚焦进一步克服浅景深限制了小焦点区域的样本观察的技术问题。通过图像分析处理系统，光场显微成像分析系统能够在单次曝光中生成三维立体图或者视频，解决了现有技术中，单目相机很难在单次曝光中捕捉到三维立体图的技术问题。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1本专利技术提供的光场光学显微镜示意图；图2本专利技术提供的复眼件和单个微透镜的尺寸图；图3为本专利技术提供的光场光学显微镜立体图；图4为本专利技术提供的光场显微成像分析系统的示意图；图5a为本专利技术提供的光场显微成像分析系统的示意图；图5b为本专利技术提供的光场显微成像分析系统的示意图；图6a为本专利技术提供的焦点位于羽毛的分支上的重聚焦图像；图6b为本专利技术提供的焦点位于羽毛中部的重聚焦图像；图6c为本专利技术提供的焦点位于羽毛右部的重聚焦图像；图7为本专利技术提供的关于样品的照射方向示意图；图8为本专利技术提供的背部光源照射到样品上的光场图像；图9为本专利技术提供的光从样品的后面和背部照射到样品上的光场图像；图10为本专利技术提供的光从样品的前面和背部照射到样品上的光场图像；图11为本专利技术提供的光从样品的顶部和背部照射到样品上的光场图像。具体实施方式为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本专利技术，下面将结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述。如图1所示，本专利技术提供一种光场光学显微镜100，包括光学显微镜110；多向照明系统120，安装在所述光学显微镜110中，用于为光场图像的拍摄和视频记录提供多向光源和可控的光通量；光场相机130，安装在所述光学显微镜110的顶部，用于捕获光场图像或记录光场视频。光场光学显微镜100由三部分组成：光场相机130，光学显微镜110和多向照明系统120。光学显微镜110是从市场上购买的。光学显微镜110提供了基本的显微镜观察。光场相机130是一种定制的数码相机131，它将安装在光学显微镜110的顶部。多向照明系统120是一种定制开发的LED灯阵列，为物体提供不同的照明角度。本专利技术将普通光学显微镜110与光场相机130相结合，通过多向照明系统120向光场相机130提供多向照明光线，即可形成能够捕获光场图像的光场光学显微镜100，其结构简单且成本较低；操作方面只需基本的光学显微镜110和光场相机130的操作即可捕捉到光场图像，操作方便。本申请的多向照明系统120可为光场图像拍摄提供足够多向的光线，并且可以在光通量和方向上进行控制，使得捕捉到的光场图像可以被用于生成三维立体图或者视频。通过多向照明系统120提供的足够的多向光线，光场相机130可以捕捉光照强度，颜色和方向的信息，并将这些信息反映在光场图像中。在处理光场图像时，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光场光学显微镜，包括光学显微镜(110)，其特征在于，还包括：多向照明系统(120)，安装在所述光学显微镜(110)中，用于为光场图像的拍摄和视频记录提供多向光源和可控的光通量；/n光场相机(130)，安装在所述光学显微镜(110)的顶部，用于捕获光场图像或记录光场视频。/n

【技术特征摘要】
1.一种光场光学显微镜，包括光学显微镜(110)，其特征在于，还包括：多向照明系统(120)，安装在所述光学显微镜(110)中，用于为光场图像的拍摄和视频记录提供多向光源和可控的光通量；
光场相机(130)，安装在所述光学显微镜(110)的顶部，用于捕获光场图像或记录光场视频。


2.根据权利要求1所述的光场光学显微镜，其特征在于，所述光场相机(130)包括：数码相机(131)和安装在所述数码相机(131)中的复眼件(132)，所述数码相机(131)包括防护玻璃和位于防护玻璃一侧的图像传感器(1311)，所述复眼件(132)安装在所述防护玻璃和图像传感器(1311)之间的靠近所述图像传感器(1311)的一侧。


3.根据权利要求2所述的光场光学显微镜，其特征在于，所述复眼件(132)为经过超精密机器加工后在精密成型机中注塑成型而成的微透镜阵列。


4.根据权利要求1所述的光场光学显微镜，其特征在于，所述光学显微镜(110)包括镜座(111)、安装在镜座(111)上的载物台(112)，且所述载物台(112)的背离所述镜座(111)的一侧侧面上设置有样品放置处，用于放置样品(113)；
所述多向照明系统(120)包括背光照明系统(121)和周围照明系统(122)，所述背光照明系统(121)设置在所述镜座(111)朝向所述载物台(112)的一侧上；所述周围照明系统(122)设置在所述载物台(112)的背离所述镜座(111)的一侧侧面上且环绕所述样品放置处设置，用于为光场图像的拍摄和光场视频的记录提供周向的多向光源和可控的光通量。


5.根据权利要求4所述的光场光学显微镜，其特征在于，所述周围照明系统(122)包括陈列环(1221)、多个LED灯(1222)和多个与所述多个LED灯(1222)一一对应的开关，所述陈列环(1221)设置在所述载物台(112)的背离所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉华，李荣彬，王孝忠，陈建良，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;HK