曲面显微成像系统及其成像方法技术方案

本申请涉及光学元件技术领域，特别涉及一种曲面显微成像系统及其成像方法，成像系统包括：变焦组件用于将显微成像焦面调整至对应焦面；时空照明调制组件用于在变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域；探测光调制组件用于探测成像区域，采集所有平面的聚焦面信号；信号同步组件用于确定变焦组件、时空照明调制组件及探测光调组件之间的时序关系，并同步采集时序；采集与图像处理组件，用于在采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。由此，通过采用时分复用、快速变焦和空间光调制实现高速度的曲面建模及成像，保证一定分辨率下曲面信号的高速获取，适用于活体深层组织时间序列成像。列成像。列成像。

【技术实现步骤摘要】
曲面显微成像系统及其成像方法


[0001]本申请涉及光学元件
，特别涉及一种曲面显微成像系统及其成像方法。

技术介绍

[0002]显微成像系统是连接宏观和微观世界的桥梁，常规显微成像系统将一个平面的样本面映射到一个平面探测器上，要求探测的样本面具有严格的平面切面。自然界中绝大多数样本具有复杂的曲面形状，为了在显微镜下观测，需要对样本进行切片；但对于活体样本而言，切片可能对样本造成严重损害。
[0003]相关技术中，对曲面形状进行观测通常需要进行三维成像，主要包括以下几种实现方式：基于轴向扫描的层析技术、多平面探测技术和光场探测技术。其中，轴向扫描技术通常使用压电位移台、电动调焦透镜等元件实现多个轴向位置的采集来获得三维信息；多平面探测技术通过相位调制等手段实现多个平面的同时成像，并保持成像的时空分辨率；光场探测技术通过单张图像重建三维图像，可以保持时间分辨率。
[0004]然而，轴向扫描的层析技术观测的时间分辨率受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制；多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，观测视场会平面数量的增多而减小；光场探测技术空间分辨率较差，且需要较长的时间实现三维图像的重建，亟待解决。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种曲面显微成像系统及其成像方法，以通过采用时分复用、快速变焦和空间光调制实现高速度的曲面建模及成像，解决了相关技术中轴向扫描的层析技术受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制，多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，光场探测技术空间分辨率较差，且需要较长的时间的问题，保证一定分辨率下曲面信号的高速获取，适用于活体深层组织时间序列成像。
[0006]本申请第一方面实施例提供一种曲面显微成像系统，包括：变焦组件，用于将显微成像焦面调整至对应焦面；时空照明调制组件，用于在所述变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域；探测光调制组件，用于探测所述成像区域，采集所有平面的聚焦面信号；信号同步组件，用于确定所述变焦组件、所述时空照明调制组件及所述探测光调组件之间的时序关系，并同步采集时序；以及采集与图像处理组件，用于在所述采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所述所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。
[0007]可选地，所述变焦组件包括：变焦元件，用于改变显微成像焦面，直至采集完所有平面的焦面的聚焦面信号；转盘，用于将所述变焦元件的位置切换至对应焦面的位置；第一同步设备，用于接收所述信号同步组件的时序信号，并发送所述转盘的位置
编码信号至所述采集与图像处理组件。
[0008]可选地，所述时空照明调制组件包括：光源；时空光场调制设备，用于不同时间给光场对应的照亮强度和相位调制；透镜，用于把所述目标的发射光映射到所述探测光调制组件及相机平面；第二同步设备，用于接收所述信号同步组件的时序信号，并输出当前照明状态编码和/或探测状态编码至所述信号同步组件。
[0009]可选地，所述采集与图像处理组件包括：相机；成像模块，用于利用所述相机对所有高度的区域叠加后进行成像，得到所述曲面图像。
[0010]可选地，所述采集与图像处理组件还包括：存储器，用于存储所述曲面图像和/或所述所有平面的聚焦面信号。
[0011]本申请第二方面实施例提供一种曲面显微成像系统的成像方法，采用上述的曲面显微成像系统，包括以下步骤：利用所述变焦组件将显微成像焦面调整至对应焦面；在所述变焦组件的扫描周期内，通过所述时空照明调制组件照亮聚焦位置对应的成像区域；通过所述探测光调制组件探测所述成像区域，采集所有平面的聚焦面信号；基于所述信号同步组件确定所述变焦组件、所述时空照明调制组件及所述探测光调组件之间的时序关系，并同步采集时序；以及在所述采集时序结束后，通过所述采集与图像处理组件基于目标的三维形状分布，结合所述所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。
[0012]可选地，根据本申请实施例的方法，还包括：通过所述变焦元件改变显微成像焦面，直至采集完所有平面的焦面的聚焦面信号；利用所述转盘将所述变焦元件的位置切换至对应焦面的位置；通过所述第一同步设备接收所述信号同步组件的时序信号，并发送所述转盘的位置编码信号至所述采集与图像处理组件。
[0013]可选地，根据本申请实施例的方法，还包括：通过所述时空光场调制设备在不同时间给光场对应的照亮强度和相位调制；利用所述透镜把所述目标的发射光映射到所述探测光调制组件及相机平面；通过所述第二同步设备接收所述信号同步组件的时序信号，并输出当前照明状态编码和/或探测状态编码至所述信号同步组件。
[0014]可选地，根据本申请实施例的方法，还包括：利用所述相机对所有高度的区域叠加后进行成像，得到所述曲面图像。
[0015]可选地，根据本申请实施例的方法，还包括：存储所述曲面图像和/或所述所有平面的聚焦面信号。
[0016]由此，可以通过信号同步组件确定变焦组件、时空照明调制组件及探测光调组件
之间的时序关系，并通过变焦组件将显微成像焦面调整至对应焦面，并通过时空照明调制组件在变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域，并通过探测光调制组件探测成像区域，采集所有平面的聚焦面信号，从而通过采集与图像处理组件在采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。由此，通过采用时分复用、快速变焦和空间光调制实现高速度的曲面建模及成像，解决了相关技术中轴向扫描的层析技术受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制，多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，光场探测技术空间分辨率较差，且需要较长的时间的问题，保证一定分辨率下曲面信号的高速获取，适用于活体深层组织时间序列成像。
[0017]本申请附加的方面和优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，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0018]本申请上述的和/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为根据本申请实施例提供的一种曲面显微成像系统的方框示意图；图2为根据本申请一个实施例的曲面显微成像系统的成像方法的流程图；图3为根据本申请一个实施例的曲面显微成像系统的原理示意图；图4为根据本申请一个具体实施例的曲面显微成像系统；图5为根据本申请另一个具体实施例的曲面显微成像系统；图6为根据本申请又一个具体实施例的曲面显微成像系统；图7为根据本申请实施例的曲面显微成像系统的成像方法的流程图。
具体实施方式
[0019]下面详细描述本申请的实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
[0020]下面参考附图描述本申请实施例的曲面显微成像系统及其成像方法。针对上述
技术介绍
中心提到的相关技术中轴向扫描的层析技术受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制，多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，光场探测技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种曲面显微成像系统，其特征在于，包括以下步骤：变焦组件，用于将显微成像焦面调整至对应焦面；时空照明调制组件，用于在所述变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域；探测光调制组件，用于探测所述成像区域，采集所有平面的聚焦面信号；信号同步组件，用于确定所述变焦组件、所述时空照明调制组件及所述探测光调组件之间的时序关系，并同步采集时序；以及采集与图像处理组件，用于在所述采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所述所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变焦组件包括：变焦元件，用于改变显微成像焦面，直至采集完所有平面的焦面的聚焦面信号；转盘，用于将所述变焦元件的位置切换至对应焦面的位置；第一同步设备，用于接收所述信号同步组件的时序信号，并发送所述转盘的位置编码信号至所述采集与图像处理组件。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述时空照明调制组件包括：光源；时空光场调制设备，用于不同时间给光场对应的照亮强度和相位调制；透镜，用于把所述目标的发射光映射到所述探测光调制组件及相机平面；第二同步设备，用于接收所述信号同步组件的时序信号，并输出当前照明状态编码和/或探测状态编码至所述信号同步组件。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集与图像处理组件包括：相机；成像模块，用于利用所述相机对所有高度的区域叠加后进行成像，得到所述曲面图像。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述采集与图像处理组件还包括：存储器，用于存储所述曲面图像和/或所述所有平面的聚焦面信号。6.一种曲面显微...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴琼海，谢浩，韩晓霏，庄超玮，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：