一种基于双振镜扫描的光场成像系统技术方案

本发明专利技术涉及光学成像技术领域，具体涉及一种基于双振镜扫描的光场成像系统，包括：沿着光路传输方向依次布置的成像单元、振镜单元、微透镜阵列、中继系统和相机；成像单元用于对样本或场景进行光学成像；振镜单元由两个非平行放置的二维振镜组成，分别对光束进行X轴和Y轴两个方向的偏转，使输入光束与输出光束垂直；振镜单元输出的光束经微透镜阵列和中继系统之后，由相机采集，获取光场图像堆栈信息。本发明专利技术可避免单振镜扫描导致的重建图像出现条纹、锯齿等问题，提高重建图像质量。提高重建图像质量。提高重建图像质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双振镜扫描的光场成像系统


[0001]本专利技术涉及光学成像
，更具体的说是涉及一种基于双振镜扫描的光场成像系统。

技术介绍

[0002]肿瘤细胞在活体中的转移是随机的，因此对于活体样本研究中三维信息的动态观测能帮助更好的了解肿瘤细胞转移机理。传统的光学成像系统受技术限制，通过扫描的方式实现三维成像的目的，会耗费颇多时间，难以捕捉肿瘤细胞快速转移的动态过程。而近年来兴起的光场显微成像系统通过单次拍摄获取样本三维信息，是现阶段研究的热门仪器，但受成像原理的影响，最终重建图像分辨率较低，极大限制了对肿瘤细胞中亚细胞结构的研究。
[0003]先前的研究表明，在光场显微成像系统中加入扫描装置能够极大的提高重建图像的分辨率，但随之而来引入了其他问题，目前，一般通过单个二维振镜进行x、y方向的偏转，实现光场成像过程中的扫描功能，但由于对单振镜两个方向同时进行偏转，会导致中心光轴出现偏转，出现偏转角度与预设不重合以及进动现象，如图1所示，最终重建图像出现旋转、条纹、锯齿等问题，影响了使用者对图像的观察。
[0004]因此，如何提高扫描光场成像系统的重建图像质量是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于双振镜扫描的光场成像系统，可避免单振镜扫描导致的重建图像出现条纹、锯齿等问题，提高重建图像质量。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于双振镜扫描的光场成像系统，包括：沿着光路传输方向依次布置的成像单元、振镜单元、微透镜阵列、中继系统和相机；
[0008]所述成像单元用于对样本或场景进行光学成像，并将成像光束输入至所述振镜单元；
[0009]所述振镜单元由两个非平行放置的二维振镜组成，分别对光束进行X轴和Y轴两个方向的偏转，使输入光束与输出光束垂直；
[0010]所述微透镜阵列位于像面位置，用于获取经所述振镜单元输出的不同空间局部位置中不同角度光束，并将对应于不同角度的信息调制到每个微透镜后对应不同空间位置；
[0011]所述中继系统用于实现光路的连接和调节，使经所述微透镜阵列调制后的光束成像在所述相机上；
[0012]所述相机用于在所述振镜单元每偏转一次之后，进行一次曝光成像，获取光场图像堆栈信息。
[0013]进一步的，所述振镜单元包括第一振镜和第二振镜；设O
‑
XYZ为建立的世界坐标
系，其中，XOY为水平面，所述第一振镜的转轴与Y轴平行，所述第二振镜的转轴与X轴平行，所述第一振镜和所述第二振镜的起始位置均与XOY平面呈45
°
夹角；输入光束自XO方向输入，经OZ方向传输，自OY方向输出。
[0014]进一步的，所述振镜单元中的两个二维振镜的偏转状态均由压电陶瓷电机控制。
[0015]进一步的，所述振镜单元按照设定的扫描模式进行偏转，所述扫描模式的设定依据为：每次所述振镜单元偏转时，对应像面在所述相机中偏移整数个像素点。
[0016]进一步的，所述中继系统包括两个凸透镜，通过选择不同焦距的透镜，对光束进行拓宽或变窄，匹配所述相机对所述微透镜阵列的成像。
[0017]进一步的，所述相机的信号接收面位于所述中继系统的后焦平面处。
[0018]进一步的，还包括控制单元；所述控制单元用于触发所述振镜单元进行偏转，并在所述振镜单元每偏转一次之后，触发所述相机曝光成像，在所述相机曝光成像过程中，控制所述振镜单元不发生偏转。
[0019]进一步的，还包括三维重建单元，所述三维重建单元用于将光场图像堆栈信息中对应于同一空间频率分量的空间像素进行重新排列，并定位每个微透镜对应的中心视图，采用对应的中心视图理论点扩散函数对各中心视图进行RL解卷积迭代计算，对光场图像进行三维重建；其中，中心视图理论点扩散函数通过预先仿真得到。
[0020]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于双振镜扫描的光场成像系统，使用双振镜分别对光路两个方向进行偏转，实现对扫描光场显微镜系统的优化，在不损失原有扫描光场成像系统分辨率性能的同时，解决了单振镜扫描时带来的重建图像旋转、条纹、锯齿等问题。同时，本专利技术双振镜的位置排布使系统整体更为紧凑，且结构简单，实现对样本稳定可靠的拍摄与重建，图像重建质量更高，极大拓展了扫描光场成像系统在生物领域、精准治疗等方面的应用。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0022]图1为基于单振镜扫描的重建图像结果;
[0023]图2为本专利技术提供的基于双振镜扫描的光场成像系统的结构示意图；
[0024]图3为本专利技术提供的振镜单元的结构示意图；
[0025]图4为本专利技术提供的基于双振镜扫描的光场成像系统的三维重建结果图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]如图2所示，本专利技术实施例公开了一种基于双振镜扫描的光场成像系统，包括：沿
着光路传输方向依次布置的成像单元100、振镜单元200、微透镜阵列300、中继系统400和相机500；
[0028]成像单元100用于对样本或场景进行光学成像，并将成像光束输入至振镜单元200；成像单元100可以是商用宽场显微镜或使用镜片组构建而成；
[0029]振镜单元200由两个非平行放置的二维振镜组成，分别对光束进行X轴和Y轴两个方向的偏转，使输入光束与输出光束垂直；
[0030]微透镜阵列300位于像面位置，用于获取经振镜单元200输出的不同空间局部位置中不同角度光束，微透镜阵列实现将三维信息成像到二维平面上，将对应于不同角度的信息调制到每个微透镜后对应的不同空间位置，实现空间维度到相空间维度的转换。
[0031]中继系统400用于实现光路的连接和调节，使经微透镜阵列300调制后的光束成像在相机500上；
[0032]相机500用于在振镜单元200每偏转一次之后，进行一次曝光成像，获取光场图像堆栈信息。
[0033]具体来说，如图3所示，振镜单元200包括第一振镜210和第二振镜220；设O
‑
XYZ为建立的世界坐标系，其中，XOY为水平面，第一振镜210的转轴与Y轴平行，第二振镜220的转轴与X轴平行，第一振镜210和第二振镜220的起始位置均与XOY平面呈45
°
夹角；输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双振镜扫描的光场成像系统，其特征在于，包括：沿着光路传输方向依次布置的成像单元、振镜单元、微透镜阵列、中继系统和相机；所述成像单元用于对样本或场景进行光学成像，并将成像光束输入至所述振镜单元；所述振镜单元由两个非平行放置的二维振镜组成，分别对光束进行X轴和Y轴两个方向的偏转，使输入光束与输出光束垂直；所述微透镜阵列位于像面位置，用于获取经所述振镜单元输出的不同空间局部位置不同角度光束，并将对应于不同角度的信息调制到每个微透镜后对应不同空间位置；所述中继系统用于实现光路的连接和调节，使经所述微透镜阵列调制后的光束成像在所述相机上；所述相机用于在所述振镜单元每偏转一次之后，进行一次曝光成像，获取光场图像堆栈信息。2.根据权利要求1所述的基于双振镜扫描的光场成像系统，其特征在于，所述振镜单元包括第一振镜和第二振镜；设O
‑
XYZ为建立的世界坐标系，其中，XOY为水平面，所述第一振镜的转轴与Y轴平行，所述第二振镜的转轴与X轴平行，所述第一振镜和所述第二振镜的起始位置均与XOY平面呈45
°
夹角；输入光束自XO方向输入，经OZ方向传输，自OY方向输出。3.根据权利要求1所述的基于双振镜扫描的光场成像系统，其特征在于，所述振镜单元中的两个二维...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨懿，严峻，张安科，李增，
申请(专利权)人：浙江荷湖科技有限公司，
类型：发明
国别省市：