单曝光三维生物样品成像方法技术

本发明专利技术公开了一种单曝光三维生物样品成像方法，通过大色差物镜使照明光线中不同波长的光成像在样品中的不同高度面上，使单曝光光谱成像模块在单次采集的单曝光图像中包含成像区域中多个不同高度层面的光谱图像信息，通过采集到的单张单曝光图像重建成像区域不同高度层面的光谱图像，相比传统的通过镜片上下运动扫描的方式，本发明专利技术的成像效率大大提高；并且，本发明专利技术实现了对样品的高帧率拍摄，实现对样品的高速成像，便于对样品中的某些区域进行分辨。行分辨。行分辨。

【技术实现步骤摘要】
单曝光三维生物样品成像方法


[0001]本专利技术涉及显微成像
，特别涉及一种单曝光三维生物样品成像方法。

技术介绍

[0002]在生物医学领域，生物样品一般具有三维形貌，生物样品的无损、高分辨、三维成像对于医疗检测以及科学研究意义重大。当前生物样品的三维成像主要是通过上下扫描的方式，该方式成像速度慢，无法实时观测生物样品的三维结构。
[0003]其次，在获取图像的同时，需要对三维生物样品进行视频拍摄，某些三维生物样品需要进行高速拍摄才能分辨其中的细节结构，而传统的显微成像技术中，受限于相机的拍摄帧率，难以对样品进行高速拍摄，从而无法在拍摄视频中清楚分辨样品中的细微结构。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中的不足之处，提供一种单曝光三维生物样品成像方法。
[0005]本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：单曝光三维生物样品成像方法，包括如下具体步骤：
[0006]步骤1、将样品放置于运动台上，打开照明系统，通过照明系统对样品进行照射，照明系统发出具有特定光谱波段的照明光线；照明光线经过样品、大色差物镜后被单曝光灰度视频成像模块、单曝光彩色视频成像模块和单曝光光谱成像模块接收；
[0007]步骤2、打开单曝光灰度视频成像模块并采集样品的灰度图像，通过压电陶瓷促动器调节大色差物镜的位置，使灰度图像达到最清晰状态；
[0008]步骤3、启动运动台，通过运动台带动样品移动；样品移动过程中，单曝光光谱成像模块在样品上的不同成像区域采集多张单曝光光谱图像，大色差物镜的色差大于70μm，照明光线中不同波长的光成像在样品中的不同高度层面上；每张单曝光图像均包含成像区域中多个不同层面的光谱图像信息；
[0009]单曝光彩色视频成像模块在样品上的不同成像区域采集彩色图像；彩色图像采集过程中，单曝光彩色视频成像模块内部循环播放N张掩膜版，掩膜版的播放帧率为单曝光彩色视频成像模块拍摄帧率与掩膜版数量N的乘积；每循环N张掩膜版，单曝光彩色视频程序模块曝光一次并采集一张彩色图像；
[0010]单曝光灰度视频成像模块在样品上的不同成像区域采集灰度图像；在图像采集过程中，控制器实时计算单曝光灰度视频成像模块的灰度图像的清晰度评价函数值，压电陶瓷促动器根据灰度图像的清晰度评价函数值对大色差物镜进行实时调整，使单曝光灰度视频成像模块的成像达到最清晰状态；
[0011]步骤4、根据采集到单曝光光谱图像重建该成像区域不同层面的光谱图像，通过不同层面的光谱图像合成该成像区域的三维结构；通过单曝光彩色视频成像算法将采集到的单张彩色图像重建为N张图像，提高单曝光彩色视频成像模块的拍摄帧率。
[0012]作为优选，所述单曝光灰度视频成像模块的前方设有旋转滤光装置，旋转滤光装置上设有若干个可切换的滤光片，通过切换不同的滤光片使单曝光灰度视频成像模块对不同波长的灰度图像进行采集。
[0013]作为优选，照射光线的光谱波段范围为400nm
‑
800nm，大色差物镜的色差为76μm，大色差物镜的数值孔径NA＞0.5。
[0014]作为优选，照射光线的光谱曲线平滑且各波长的光照强度的波动范围小于光谱曲线光照强度最大值的25％。
[0015]作为优选，所述单曝光彩色视频成像模块的传感器阵列为拜耳阵列。
[0016]作为优选，步骤3中，图像的清晰度评价函数值为该图像的方差值；压电陶瓷促动器在调节过程中，当图像的方差值达到最大时，此时单曝光灰度视频成像模块的成像达到最清晰的状态。
[0017]作为优选，步骤3中，运动台的运动方式如下：
[0018]S1：运动台沿着第一方向移动，每次移动的距离与单曝光光谱成像模块的视场长边相同，每完成一次移动均产生一次触发信号，触发信号触发单曝光光谱成像模块、单曝光灰度视频成像模块和单曝光彩色视频成像模块对该成像区域进行图像采集；
[0019]S2：当运动台沿着第一方向的移动距离达到设定长度时，运动台沿着第二方向移动，第二方向与第一方向垂直，沿第二方向的移动距离与单曝光光谱成像模块的视场宽边相同，然后运动台沿着第一方向的反向移动，每次移动的距离与单曝光光谱成像模块的视场长边相同，每完成一次移动均产生一次触发信号，触发信号触发单曝光光谱成像模块、单曝光灰度视频成像模块和单曝光彩色视频成像模块对该成像区域进行图像采集；
[0020]S3：当运动台沿着第一方向的反向移动距离达到设定长度时，运动台沿着第二方向移动，沿第二方向的移动距离与单曝光光谱成像模块的视场宽边相同；
[0021]S4：循环步骤S1至步骤S3，直至完成整个对样品的图像采集。
[0022]作为优选，由单曝光三维生物样品成像装置实现，所述单曝光三维生物样品成像装置包括运动台、大色差物镜、压电陶瓷促动器、第一分光棱镜、第二分光棱镜、反射镜、照明系统、单曝光灰度视频成像模块、单曝光彩色视频成像模块、单曝光光谱成像模块、控制器；所述大色差物镜设置在运动台的上方，大色差物镜与压电陶瓷促动器相连；压电陶瓷促动器、单曝光灰度视频成像模块、单曝光彩色视频成像模块和单曝光光谱成像模块均与控制相连；
[0023]照明系统发出的照明光线在经过样品和大色差物镜后，一部分光线经过第一分光棱镜的反射后进入第二分光棱镜，另一部分光线透过第一分光棱镜后到达反射镜，经过反射镜的反射被单曝光光谱成像模块接收；
[0024]进入第二分光棱镜的光线，一部分经过第二分光棱镜的反射后被单曝光彩色视频成像模块接收，另一部分透过第二分光棱镜后被单曝光灰度视频成像模块接收。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]1、本专利技术中，大色差物镜使照明光线中不同波长的光成像在样品中的不同高度面上，使单曝光光谱成像模块在单次采集的单曝光图像中包含成像区域中多个不同高度层面的光谱图像信息，通过采集到的单张单曝光图像重建成像区域不同高度层面的光谱图像，相比传统的通过镜片上下运动扫描的方式，本专利技术的成像效率大大提高。
[0027]2、本专利技术实现了对样品的高帧率拍摄，实现对样品的高速成像，便于对样品中的某些区域进行分辨。
附图说明
[0028]图1是单曝光三维生物样品成像装置的结构示意图。
[0029]图2是单曝光彩色视频成像模块的传感器阵列的结构示意图。
[0030]图3为经过图像合成后的样品三维结构示意图。
[0031]图4为单曝光彩色视频成像模块的成像过程示意图。
[0032]图5为单曝光光谱成像模块、单曝光彩色视频成像模块和单曝光灰度视频成像模块的成像示意图。
[0033]图6为对单曝光光谱成像模块、单曝光彩色视频成像模块和单曝光灰度视频成像模块所采集的图像进行重建的示意图。
[0034]图中：1、单曝光光谱成像模块，3、反射镜，4、第一分光棱镜，5、第二分光棱镜，6、旋转滤光装置，7、单曝光灰度视频成像模块，8、单曝光彩色视频成像模块，9、第三分光棱镜，10、反射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.单曝光三维生物样品成像方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤1、将样品放置于运动台上，打开照明系统，通过照明系统对样品进行照射，照明系统发出具有特定光谱波段的照明光线；照明光线经过样品、大色差物镜后被单曝光灰度视频成像模块、单曝光彩色视频成像模块和单曝光光谱成像模块接收；步骤2、打开单曝光灰度视频成像模块并采集样品的灰度图像，通过压电陶瓷促动器调节大色差物镜的位置，使灰度图像达到最清晰状态；步骤3、启动运动台，通过运动台带动样品移动；样品移动过程中，单曝光光谱成像模块在样品上的不同成像区域采集多张单曝光光谱图像，大色差物镜的色差大于70μm，照明光线中不同波长的光成像在样品中的不同高度层面上；每张单曝光图像均包含成像区域中多个不同层面的光谱图像信息；单曝光彩色视频成像模块在样品上的不同成像区域采集彩色图像；彩色图像采集过程中，单曝光彩色视频成像模块内部循环播放N张掩膜版，掩膜版的播放帧率为单曝光彩色视频成像模块拍摄帧率与掩膜版数量N的乘积；每循环N张掩膜版，单曝光彩色视频程序模块曝光一次并采集一张彩色图像；单曝光灰度视频成像模块在样品上的不同成像区域采集灰度图像；在图像采集过程中，控制器实时计算单曝光灰度视频成像模块的灰度图像的清晰度评价函数值，压电陶瓷促动器根据灰度图像的清晰度评价函数值对大色差物镜进行实时调整，使单曝光灰度视频成像模块的成像达到最清晰状态；步骤4、根据采集到单曝光光谱图像重建该成像区域不同层面的光谱图像，通过不同层面的光谱图像合成该成像区域的三维结构；通过单曝光彩色视频成像算法将采集到的单张彩色图像重建为N张图像，提高单曝光彩色视频成像模块的拍摄帧率。2.根据权利要求1所述的单曝光三维生物样品成像方法，其特征在于，所述单曝光灰度视频成像模块的前方设有旋转滤光装置，旋转滤光装置上设有若干个可切换的滤光片，通过切换不同的滤光片使单曝光灰度视频成像模块对不同波长的灰度图像进行采集。3.根据权利要求1所述的单曝光三维生物样品成像方法，其特征在于，照射光线的光谱波段范围为400nm
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800nm，大色差物镜的色差为76μm，大色差物镜的数值孔径NA＞0.5。4.根据权利要求1所述的单曝光三维生物样品成像方法，其特征在于，照射光线的光谱曲线平滑且各波长的光照强度的波动范围小于光谱曲线光照强度最大值的25％。5.根据权利要求1所述的单曝光三维生物样品...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘星，王理顺，罗婷，袁鑫，
申请(专利权)人：西湖大学，
类型：发明
国别省市：