一种景深扩展显微成像三维重建装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种景深扩展显微成像三维重建装置，其特征在于，包括：线结构光单元：用于产生线结构光，基于线结构光对目标物表面形貌进行三维重建；显微成像单元：用于显微成像；分光单元：用于将线结构光单元产生的线结构光引入显微成像单元，并将其分成透射光和反射光；电动载物台：用于放置、移动目标物；机械固件：用于固定、安装；本发明专利技术也提供了一种显微成像三维重建方法，具体包括：S1：相机标定，通过标定板对相机进行坐标直接标定，建立世界坐标与像素坐标之间的映射关系；S2：采集三维信息，采集目标物的三维信息；S3：三维重建，对采集到的三维信息进行三维重建，得到目标的三维形貌。

【技术实现步骤摘要】
一种景深扩展显微成像三维重建装置与方法
本专利技术涉及显微成像领域，特别涉及一种景深扩展显微成像三维重建装置与方法。
技术介绍
在在微观研究领域如材料表面重建、生命医学等领域，显微镜作为一种必不可少的强有力工具，其通过光学系统的物理放大对微观组织结构进行观察显示，可以帮助研究人员从微观形态上研究对象的特性，尤其是在显微镜诞生的几个世纪里，生物医学的每一项重大突破都与显微镜息息相关。随着计算机技术、微电子技术和成像技术的发展，光学显微技术的发展从二维图像进入三维信息的获取和重建，显微三维重建技术作为图像分析的重要研究分支，发展迅速应用价值也不断增加。然而，显微三维重建仍存在一定的问题，如下所示：1、现有的显微三维重建技术无法实现在高三维重建精度下，实时、高效、大量样品的快速测量；2、现有的显微三维重建技术在实际应用中，存在景深的限制，无法实现大景深下，高放大倍率、高分辨率，从而影响了显微探测的范围；3、现有的显微三维重建技术，对探测仪器的要求较高，成本代价高。
技术实现思路
针对以上现有技术的不足，本专利技术将基于线结构光的三维重建技术引入显微成像，在显微镜领域实现对微小物体的表面形貌三维重建与成像，并加入数字变焦透实现扫描式景深扩展，并通过三维重建算法的改编以及相机标定的方法实现高精度、实时高效的三维重建，基于以上，本专利技术提出一种基于线结构光的显微景深扩展三维重建装置与方法。本专利技术一方面提供一种景深扩展显微成像三维重建装置，具体包括线结构光单元：用于产生线结构光，基于线结构光对目标物表面形貌进行三维重建；显微成像单元：用于显微成像；分光单元：用于将线结构光单元产生的线结构光引入显微成像单元，并将其分成透射光和反射光；电动载物台：用于放置、移动目标物；机械固件：用于固定、安装。进一步地，所述线结构光单元包括依次同轴连接的激光光源、光束扩束准直组件、可调线结构光生成器、反射镜组件。进一步地，所述显微成像单元包括显微物镜组、数字变焦透镜、图像采集装置。进一步地，所述激光光源输出的波长为380-780nm中的一种波长。进一步地，所述光束扩束准直组件包括激光扩束器、准直器。进一步地，所述可调线结构光生成器为0-6mm的可调节狭缝，用于产生不同宽度的线结构光。进一步地，所述反射镜组件包括反射镜和固定架，改变线结构光传播方向进入显微成像单元。进一步地，所述显微成像单元包括依次同轴连接的显微物镜组、数字变焦透镜、连接管、图像采集装置。进一步地，所述显微物镜组为长工作距物镜，放大倍率为1倍-20倍。进一步地，所述的数字变焦透镜能够在电流的驱动下不断改变焦距，改变显微成像单元的等效焦距，实现实时在焦断层扫描。进一步地，所述分光单元包括分光棱镜，置于显微成像单元光路中。本专利技术另一方面提供了一种景深扩展显微成像三维重建方法，该方法基于景深扩展显微成像三维重建装置，具体包括以下步骤：S1：相机标定，通过标定板对相机进行坐标直接标定，建立世界坐标与像素坐标之间的映射关系；S2：采集三维信息，采集目标物的三维信息；S3：三维重建，对采集到的三维信息进行三维重建，得到目标的三维形貌。进一步地，所述步骤S1中世界坐标为真实三维空间中的坐标，像素坐标为图像采集装置采集到的二维图像中的坐标。进一步地，所述步骤S2具体包括：S21：通过不断改变数字变焦透镜的焦距，实现对目标物纵向的断层扫描，采集断层扫描图像序列；S22：横向移动电动载物台，移动距离为1um-10um，具体移动距离根据目标物选择不同的移动距离，重复步骤S21，直到扫描完整个目标物。进一步地，所述步骤S3具体包括：S31:中心提取，提取断层扫描图像序列的中心点信息，得到目标物各个位置的像素坐标；S32：坐标转换，根据世界坐标与像素坐标的映射关系，将目标物的二维像素坐标转换到三维世界坐标；S33：根据三维世界坐标对目标物进行三维形貌重建。本专利技术的有益效果：1、本专利技术将显微技术与线结构光扫描三维重建技术结合，实现显微领域对微观物体的三维重建；2、通过引入数字变焦透镜，实现纵向断层在焦扫描，解决了显微镜景深浅的限制，实现大尺寸目标物高放大率、高分辨率的表面形貌三维重建；3、相比于传统显微三维重建，例如共聚焦显微镜，本专利技术提供的系统结构简单、重建速度快，从而降低了仪器的成本与三维重建周期。附图说明图1系统结构示意图。图2数字变焦透镜断层扫描示意图。附图标记：1、激光光源2、激光扩束器3、准直器4、可调线结构光生成器5、反射镜组件6、分光单元7、数字变焦透镜8、显微物镜组9、连接管10、图像采集装置11、电动载物台。具体实施方式为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定，此外，附图为示意图，因此本专利技术装置和设备并不受所述示意图的尺寸或比例限制。需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。实施例1本实施例中以有孔虫作为探测目标物，如图1所示为本专利技术景深扩展显微成像三维重建装置，包括：线结构光单元、显微成像单元、分光单元6、电动载物台11、机械固件。所述线结构光单元包括依次同轴连接的激光光源1、激光扩束器2、准直器3、可调线结构光生成器4、反射镜组件5；激光光源1出射激光光束依次经过激光扩束器2、准直器3后得到平行光，平行光照射在可调线结构光生成器4上产生线结构光，通过调节可调线结构光生成器4的狭缝大小生成不同宽度的线结构光，狭缝大小范围为0-6mm，线结构光到达反射镜组，反射镜将线结构光反射进入分光单元6。所述分光单元6与显微成像单元同轴固定连接，包括分光棱镜，所述分光棱镜将进入的线结构光分成透射光和反射光，反射光进入显微成像单元。所述显微成像单元包括依次同轴连接的显微物镜组8、数字变焦透镜7、连接管9、图像采集装置10；由分光单元6分出的反射光依次经过数字变焦透镜7、显微物镜组8照射在有孔虫上，有孔虫将光反射回原光路中，到达分光单元6分成透射光和反射光，此时的透射光进入图像采集装置10得到图像信息。所述数字变焦透镜7能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种景深扩展显微成像三维重建装置，其特征在于，包括：/n线结构光单元：用于产生线结构光，基于线结构光对目标物表面形貌进行三维重建；/n显微成像单元：用于显微成像；/n分光单元(6)：用于将线结构光单元产生的线结构光引入显微成像单元，并将其分成透射光和反射光；/n电动载物台(11)：用于放置、移动目标物；/n机械固件：用于固定、安装；/n所述线结构光单元包括依次同轴连接的激光光源(1)、激光扩束器(2)、准直器(3)、可调线结构光生成器(4)、反射镜组件(5)；所述显微成像单元包括显微物镜组(8)、数字变焦透镜(7)、图像采集装置(10)。/n

【技术特征摘要】
1.一种景深扩展显微成像三维重建装置，其特征在于，包括：
线结构光单元：用于产生线结构光，基于线结构光对目标物表面形貌进行三维重建；
显微成像单元：用于显微成像；
分光单元(6)：用于将线结构光单元产生的线结构光引入显微成像单元，并将其分成透射光和反射光；
电动载物台(11)：用于放置、移动目标物；
机械固件：用于固定、安装；
所述线结构光单元包括依次同轴连接的激光光源(1)、激光扩束器(2)、准直器(3)、可调线结构光生成器(4)、反射镜组件(5)；所述显微成像单元包括显微物镜组(8)、数字变焦透镜(7)、图像采集装置(10)。


2.根据权利要求1所述的景深扩展显微成像三维重建装置，其特征在于：所述激光光源(1)输出的波长为380-780nm中的一种波长。


3.根据权利要求1所述的景深扩展显微成像三维重建装置，其特征在于：所述可调线结构光生成器(4)为可调节宽度的狭缝，用于产生不同宽度的线结构光。


4.根据权利要求3所述的景深扩展显微成像三维重建装置，其特征在于：所述狭缝的宽度范围为0-6mm。


5.根据权利要求1所述的景深扩展显微成像三维重建装置，其特征在于：所述显微物镜组(8)为长工作距物镜，放大倍率为1倍-20倍中的任一放大倍率。


6.根据权利要求1所述的景深扩展显微成像三维重建装置，其特征在于：所述数字变焦透镜(7)能够在电流的驱动下不断改变焦距，改变显微成像单元的等效焦距，实现实时在焦断层扫描。


7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭朝舜，于佳，欧阳峰，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37