基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法，该方法包括：在显微成像系统中，放置反射镜在样本上方，将微透镜阵列放置在显微镜成像的像面位置；通过纳米级快速平移台搭载微透镜阵列在像面平移进行亚像素扫描，采集样本的空间频率分量信息；根据样本的空间频率分量信息和非相干数值孔径融合算法以及经过解混叠的重建算法进行类4pi显微成像。该方法使用反射镜帮助物镜采集到更多的空间信息，与扫描光场的非相干孔径融合技术相结合，经过解混叠的重建算法将采集到的二维图像重建为三维显微图像。

4Pi like microscopic imaging method based on scanning light field of mirror

【技术实现步骤摘要】
基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法
本专利技术涉及显微成像
，特别涉及一种基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法。
技术介绍
sLEM(scanLightFieldMicroscopy，扫描光场显微镜)是一种同时能够进行三维高分辨快速成像的方法。该方法通过对放置在像面上的微透镜阵列进行符合特定规则的平移，从而采集到更多的空间频率信息，通过基于最大似然估计的解卷积算法重建高分辨率的显微三维图像，通过时间权重和时间轮转算法维持显微三维图像的高时间分辨率，进而达到高空间分辨率、高时间分辨率的三维快速显微成像。4pi显微技术是一种提升显微成像系统z轴分辨常用的技术。传统4pi显微成像主要是使用双物镜对同一个样本点进行不同方向的采集，这种采集方式会使得显微系统的z轴空间频率提升一倍，因此也就可以使得图像的z轴分辨率提升一倍。但双物镜4pi系统存在一定的问题，譬如系统搭建困难，双物镜的采集光路光程要完全相等，不能够存在光程差；实验操作困难，对于双物镜系统而言，样本的搭载较为困难。从物理本质上来说，如果在样本面上覆盖一个物镜，在采集过程中就类似于使用单个物镜实现了双物镜采集的效果。微透镜阵列(MicroLensArray，MLA)是一种基于当代精密光学加工技术而产生的一种全新透镜设计思路。传统透镜是使用一整个镜片对光路进行调整或对场景进行采集，微透镜阵列在镜片上布满了微小的透镜(通常大小为100um)，这样在相机传感器上得到的就是三维物体多角度的信息。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法，该方法使用反射镜帮助物镜采集到更多的空间信息，与扫描光场的非相干孔径融合技术相结合，经过解混叠的重建算法将采集到的二维图像重建为三维显微图像。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法，包括：在显微成像系统中，放置反射镜在样本上方，将微透镜阵列放置在显微镜成像的像面位置；通过纳米级快速平移台搭载微透镜阵列在像面平移进行亚像素扫描，采集样本的空间频率分量信息；根据所述样本的空间频率分量信息和非相干数值孔径融合算法以及经过解混叠的重建算法进行类4pi显微成像。本专利技术实施例的基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法，使用反射镜帮助物镜采集到更多的空间信息，与扫描光场的非相干孔径融合技术相结合，经过解混叠的重建算法将采集到的二维图像重建为三维显微图像。另外，根据本专利技术上述实施例的基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，根据所述显微成像系统中物镜的参数估算所述反射镜与所述样本的距离。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在采集样本的空间频率分量信息时，将系统焦面放置在所述反射镜的镜面上，以保证所述样本的真实信息和所述反射镜里的信息均进行采集。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在进行类4pi显微成像时，通过对所述样本和所述反射镜同时移动来采集点扩散函数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，根据所述样本的空间频率分量信息进行类4pi显微成像中，基于最大拟然估计的解卷积算法，在进行解卷积三维重建时，加入数字自适应像差矫正算法，根据对于线性像差的估计可以对线性像差进行矫正。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述显微成像系统包括：多个反射镜、物镜、二相色镜、管透镜、微透镜阵列、二维纳米级平移台、旋转装置、多个透镜组、采集相机；二相色镜用于将激发光和被激发光分开，所述反射镜为镀银反射镜，旋转装置中间有通光孔径，用于大角度调整微透镜阵列和相机像素取向一致。点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法流程图；图2为根据本专利技术一个实施例的显微成像系统示意图；图3为根据本专利技术另一个实施例的显微成像系统示意图；图4为根据本专利技术再一个实施例的显微成像系统结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法。图1为根据本专利技术一个实施例的基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法流程图。如图1所示，该基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法包括以下步骤：在显微成像系统中，放置反射镜在样本上方，将微透镜阵列放置在显微镜成像的像面位置。其中，根据显微成像系统中物镜的参数估算反射镜与样本的距离。在采集样本的空间频率分量信息时，将系统焦面放置在反射镜的镜面上，以保证样本的真实信息和反射镜里的信息均进行采集。通过纳米级快速平移台搭载微透镜阵列在像面平移进行亚像素扫描，采集样本的空间频率分量信息。根据样本的空间频率分量信息和非相干数值孔径融合算法以及经过解混叠的重建算法进行类4pi显微成像。如图2所示，展示了本专利技术实施例采用的显微成像系统使用的器件。其中，101为使用的镀银反射镜；102为使用的olympus为物镜镜头(放大倍数20，数值孔径0.5)；103为二相色镜，将激发光和被激发光分开；104为管透镜，和102物镜组成显微成像系统；105是镀银反射镜；106为微透镜阵列(基片大小为1英寸，微透镜大小为100um，单个微透镜的焦距为1.863mm)；107为二维纳米级平移台(Newport，NPXY200SG)；108为旋转装置，中间有通光孔径，用于大角度调整微透镜阵列和相机像素取向一致；109、110、111、112、113组成透镜组，经过zmax设计后已经将像差最小化；114为采集相机(目前使用的是andorzylaUSB相机)；115为六轴位移台，具备x轴、y轴、z轴、俯仰、倾角、旋转等自由度。在进行系统搭建时，如果使用单独元件进行搭建，使用图2的结构。如果要求集成化，则按照图3进行设计。在图3中，101使用的镀银反射镜；102为使用的olympus为物镜镜头(放大倍数20，数值孔径0.5)；103为二相色镜，将激发光和被激发光分开；104为管透镜，和102物镜组成显微成像系统；105是镀银反射镜；106为使用的显微镜镜体(商用olympusIX73)；107为微透镜阵列(基片大小为1英寸，微透镜大小为100um，单个微透镜的焦距为1.863mm)；108为俯仰台，调整微透镜的俯仰角度；109为二维纳米级平移台(Newport，N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法，其特征在于，包括：/n在显微成像系统中，放置反射镜在样本上方，将微透镜阵列放置在显微镜成像的像面位置；/n通过纳米级快速平移台搭载微透镜阵列在像面平移进行亚像素扫描，采集样本的空间频率分量信息；/n根据所述样本的空间频率分量信息和非相干数值孔径融合算法以及经过解混叠的重建算法进行类4pi显微成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法，其特征在于，包括：
在显微成像系统中，放置反射镜在样本上方，将微透镜阵列放置在显微镜成像的像面位置；
通过纳米级快速平移台搭载微透镜阵列在像面平移进行亚像素扫描，采集样本的空间频率分量信息；
根据所述样本的空间频率分量信息和非相干数值孔径融合算法以及经过解混叠的重建算法进行类4pi显微成像。


2.根据权利要求1所述的基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法，其特征在于，
根据所述显微成像系统中物镜的参数估算所述反射镜与所述样本的距离。


3.根据权利要求1所述的基于反射镜扫描光场的类4pi显微成像方法，其特征在于，在采集样本的空间频率分量信息时，将系统焦面放置在所述反射镜的镜面上，以保证所述样本的真实信息和所述反射镜里的信息均进行采集。


4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴琼海，吴嘉敏，张国勋，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11