一种全息层析三维显微镜制造技术

本申请公开了一种全息层析三维显微镜，包括：全息光路以及FPGA模块；全息光路包括光源和光学传感器，光源用于产生光束，一部分光束经过观测对象得到物光，另一部分光束作为参考光，物光和参考光叠加发生干涉，生成干涉条纹，光学传感器记录干涉条纹得到全息图像；FPGA模块包括全息重建单元以及层析三维重建单元；全息重建单元使用衍射传播算法将全息图像重建成幅度图和相位图；层析三维重建单元使用层析重建算法根据幅度图和相位图进行层析三维重建，得到三维图像。相较于现有技术中利用计算机进行三维重建，本申请利用FPGA实现基于全息图像进行三维重建，解决了相关技术中存在的全息显微镜重建速度慢、体积大、功耗高的问题。功耗高的问题。功耗高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种全息层析三维显微镜


[0001]本申请属于全息显微成像
，更具体地，涉及一种全息层析三维显微镜。

技术介绍

[0002]显微镜是生命科学等领域常见的工具，有广泛的应用，例如活细胞成像。目前大多显微镜是激光共聚焦三维显微镜，激光共聚焦三维显微镜需要逐点逐面扫描，耗时费力效率低，且在进行活细胞成像时通常需要将细胞染色标记再观察，对活细胞成像并不友好。
[0003]数字全息显微镜避免了激光共聚焦显微镜的逐点逐面扫描、需要细胞染色标记的缺点，提高了成像效率，在观测活细胞时不需要将细胞染色标记。但全息显微镜需要利用计算机重建，重建速度会受到计算机的限制，此外全息显微镜一般都配备有一个体积较大的主机，导致体积偏大。
[0004]由上可见，相关技术中存在全息显微镜重建速度慢、体积大的问题。

技术实现思路

[0005]针对相关技术的缺陷，本申请提供一种全息层析三维显微镜，旨在解决相关技术中存在的全息显微镜重建速度慢、体积大的问题。
[0006]所述技术方案如下：根据本申请的一个方面，一种全息层析三维显微镜，包括：全息光路以及FPGA模块；所述全息光路包括光源、光学传感器，所述光源用于产生光束，一部分所述光束经过观测对象得到物光，另一部分所述光束作为参考光，所述物光和所述参考光叠加发生干涉，生成干涉条纹，光学传感器记录所述干涉条纹得到所述观测对象的全息图像；所述FPGA模块包括全息重建单元、以及层析三维重建单元；所述全息重建单元、以及所述层析三维重建单元均是基于硬件描述语言实现的；所述全息重建单元使用衍射传播算法将所述全息图像重建成幅度图和相位图；所述层析三维重建单元使用层析重建算法根据所述幅度图和相位图对所述观测对象进行层析三维重建，得到所述观测对象的三维图像。
[0007]可选地，所述全息重建单元包括变换子单元；所述变换子单元，用于对所述全息图像进行傅里叶正变换，得到完成傅里叶正变换的所述全息图像；对完成傅里叶正变换的所述全息图像进行傅里叶逆变换，得到各投影角度的所述幅度图。
[0008]可选地，所述重建子单元包括数据索引单元、滤波单元和插值反投影单元；所述索引模块用于将所述观测对象划分为若干个截面，以得到各所述截面对应的所述截面强度数据；所述滤波单元用于对各所述截面强度数据进行滤波，以去除噪音；所述插值反投影单元用于对各所述截面强度数据进行滤波反投影，以得到各所述截面对应的切片图像，并根据各所述截面对应的所述切片图像，得到所述观测对象的所述三维图像。
[0009]可选地，所述衍射传播算法是角谱法。
[0010]可选地，所述层析重建算法是二维滤波反投影算法。
[0011]可选地，所述全息光路包括空间光调制器件，所述空间光调制器件用于反射激光
光束，实现高速模态变化。
[0012]可选地，所述FPGA模块包括调制器件控制单元，所述调制器件控制单元用于控制所述空间光调制器件。
[0013]可选地，所述空间光调制器件为数字微镜器件。
[0014]可选地，所述全息光路包括反光镜，用于调整激光光束的方向可选地，所述全息光路包括分光镜，用于形成相干光。
[0015]根据本申请的一个方面，一种基于如上所述的全息层析三维显微镜的三维图像生成方法，应用于所述FPGA模块，所述方法包括：利用衍射传播算法将所述观测对象的所述全息图像重建成幅度图和相位图；根据所述幅度图和相位图，利用层析重建算法针对所述观测对象进行层析三维重建，得到所述观测对象的所述三维图像。
[0016]根据本申请的一个方面，一种基于如上所述的全息层析三维显微镜的三维图像生成装置，应用于所述FPGA模块，所述装置包括：幅度相位重建模块，用于利用衍射传播算法将所述观测对象的所述全息图像重建成幅度图和相位图；层析三维重建模块，用于根据所述幅度图和相位图，利用层析重建算法针对所述观测对象进行层析三维重建，得到所述观测对象的所述三维图像。
[0017]根据本申请的一个方面，一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、以及至少一条通信总线，其中，存储器上存储有计算机程序，处理器通过通信总线读取存储器中的计算机程序；计算机程序被处理器执行时实现如上所述的三维图像生成方法。
[0018]根据本申请的一个方面，一种存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上所述的三维图像生成方法。
[0019]根据本申请的一个方面，一种计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序存储在存储介质中，计算机设备的处理器从存储介质读取计算机程序，处理器执行计算机程序，使得计算机设备执行时实现如上所述的三维图像生成方法。
[0020]本申请具有如下有益效果：全息光路生成并记录观测对象的全息图像，全息图像经过FPGA高速接口传输至FPGA，之后利用FPGA基于全息图像进行全息层析重建，得到观测对象的三维图像。全息层析三维重建领域中涉及的计算本质是图像处理，并且层析重建会对不同二维截面进行相同操作；而FPGA在图像处理领域具有广泛的应用，并且具有并行流水处理能力，利用FPGA就能极大加速层析三维重建，此外FPGA相较于计算机具有体积小的优势。
[0021]综上，相较于现有技术中利用计算机实现基于全息图像进行三维重建，本申请利用FPGA实现基于全息图像进行三维重建，解决了相关技术中存在的全息显微镜重建速度慢、体积大的问题。
附图说明
[0022]图1是本申请实施例提供的一种全息层析三维显微镜的结构示意图；图2是本申请实施例提供的另一种全息层析三维显微镜的结构示意图；图3是本申请实施例提供的一种基于全息层析三维显微镜的三维图像生成方法的流程图；图4是根据一示例性实施例示出的一种三维图像生成装置的结构框图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的结构框图。
实施方式
[0023]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。此外，下面所描述的本申请各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0024]本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
[0025]在对本申请所示的各个实施例进行说明之前，首先对本申请涉及到的几个概念进行介绍。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全息层析三维显微镜，其特征在于，包括：全息光路以及FPGA模块；所述全息光路包括光源和光学传感器，所述光源用于产生光束，一部分所述光束经过观测对象得到物光，另一部分所述光束作为参考光，所述物光和所述参考光叠加发生干涉，生成干涉条纹，光学传感器记录所述干涉条纹得到所述观测对象的全息图像；所述FPGA模块包括全息重建单元和层析三维重建单元；所述全息重建单元使用衍射传播算法将所述全息图像重建成幅度图和相位图；所述层析三维重建单元使用层析重建算法根据所述幅度图和相位图对所述观测对象进行层析三维重建，得到所述观测对象的三维图像。2.如权利要求1所述的全息层析三维显微镜，其特征在于，所述全息重建单元包括变换子单元；所述变换子单元，用于对所述全息图像进行傅里叶正变换，得到完成傅里叶正变换的所述全息图像；对完成傅里叶正变换的所述全息图像进行傅里叶逆变换，得到各投影角度的所述幅度图。3.如权利要求2所述的全息层析三维显微镜，其特征在于，所述层析三维重建单元包括数据索引单元、滤波单元和插值反投影单元；所述索引模块用于将所述观测对象划分为若干个截面，以得到各所述截面对应的截面强度数据；所述截面强度数据包括一个所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旺，秦文健，曾光，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：