基于电控变焦透镜的高速多模态景深延拓显微成像系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电控变焦透镜的高速多模态景深延拓显微成像系统与方法

【技术实现步骤摘要】
2017,25,15699
–
15712.]，而这种假设并不具有普适性，吸收信息对于不同的生物样品结构是不可忽略的
。
我们发现聚焦扫描可以消除相位信息，从而使吸收信息的扩展景深解耦
。
[0005]综上所述，目前尚缺少一种快速
、
高分辨率和成像对比度，并且兼容不同照明相干模态的景深延拓显微技术
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提出了一种基于电控变焦透镜的高速多模态景深延拓显微成像系统
。
[0007]实现本专利技术目的的技术方案为：一种基于电控变焦透镜的高速多模态景深延拓显微成像系统，包括具有透射式部分相干成像和荧光非相干成像两种成像模式的显微镜，设置在显微镜筒镜光出口方向沿出射光路设置的
4f
双远心结构和相机，所述显微镜采用透射式部分相干成像模式时，显微镜采用可编程
LED
阵列光源向设置在载物台上的待测样本发射光源；所述显微镜采用荧光非相干成像两种成像模式时，显微镜采用汞灯光源
、
荧光激发模块向设置在载物台上的待测样本发射光源，所述
4f
双远心结构包括放置在傅里叶面的变焦透镜，所述相机用于采集待测样本图像
。
[0008]本专利技术还提出了一种基于电控变焦透镜的高速多模态景深延拓显微成像方法，包括：
[0009]将电控变焦透镜设置成快扫模式，轴向离焦范围覆盖样本厚度，显微镜采用透射式部分相干成像模式，相机拍摄待测样本的全景深图像；/>[0010]将显微镜成像模式切换为荧光非相干成像模式，选择荧光激发模块的发射波长和激发波长与荧光样品的波段相匹配，相机拍摄荧光非相干成像模式下全景深图像；
[0011]计算透射式部分相干成像与荧光非相干成像的传递函数，得到单帧快扫的传递函数；
[0012]分别对透射部分相干成像全景深图像与荧光非相干成像全景深图像做全变分
Richardson
‑
Lucy
反卷积处理；
[0013]将透射部分相干成像与荧光非相干成像的双模态全景深反卷积图像融合，得到双模态互补的全景深信息
。
[0014]优选地，透射式部分相干成像与荧光非相干成像的传递函数
sH
A
(
μ
)
具体为：
[0015]sH
A
(
μ
)
＝
H
A
(
μ
,
η
)|
η
＝0＝
H
A
(
μ
,0)
[0016]式中，
H
A
(
μ
,
η
)
为三维吸收传递函数，其中，透射式部分相干成像模式选择环形光源函数
S
annu
(
μ
)
，荧光非相干成像模式选择圆形光源函数
S
circ
(
μ
)。
[0017]优选地，三维吸收传递函数具体为：
[0018][0019]式中，
μ
＝
(
μ
,
ξ
)
是相对于空间坐标
x
和
y
的空间频率，
μ
′
＝
(
μ
′
,
ξ
′
)
是
S(
μ
)
和
P(
μ
)
在空间频率域上的平移量，
η
是相对于空间坐标
z
的空间频率，
S(
μ
)
和
P(
μ
)
分别是光源孔径函
数和光瞳函数，
*
表示复共轭，
δ
是狄拉克函数，
(x,y,z)
为图像的三维空间坐标，
λ
是入射光的波长
。
[0020]优选地，光源孔径函数为均匀的环形光源
S
annu
(
μ
)
或者圆形光源
S
circ
(
μ
)
，分别具体为：
[0021][0022]式中，
μ
＝
(
μ
,
ξ
)
是相对于空间坐标
x
和
y
的空间频率，
ρ
s
为圆心照明图案的半径，
ρ
a
和
ρ
b
分别是环形图案的内圈和外圈半径
。
[0023]优选地，光瞳函数
P(
μ
)
为：
[0024][0025]式中，
μ
＝
(
μ
,
ξ
)
是相对于空间坐标
x
和
y
的空间频率，
ρ
p
为圆形光瞳函数的半径
。
[0026]优选地，全变分
Richardson
‑
Lucy
反卷积处理的具体公式为：
[0027][0028]其中
i(x)
为采集的带有样品信息的全聚焦强度图，
o
k
(x)
为第
k
次迭代恢复的目标函数
(
其迭代初值设置为
o0(x)
＝
i(x))
，
div(
·
)
为散度，为
o
k
(x)
的梯度，
|
·
|
为绝对值，
ε
TV
为正则化参数，
h(x)
为具有非负性的光学系统的点扩散函数
[0029][0030]优选地，显微镜采用透射式部分相干成像模式时需要额外拍摄一张没有放置样品的背景图，对透射部分相干成像全景深图像做全变分
Richardson
‑
Lucy
反卷积处理时，需要去除背景部分，具体公式为：
[0031][0032]其中
i(x)
为采集的带有样品信息的全聚焦强度图，
b(x)
为未放置样品时的背景图，
o
k
(x)
为第
k
次迭代恢复的目标函数
(
其迭代初值设置为
o0(x)
＝
i(x)
‑
b(x))
，
div(
·
)
为散度，<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于电控变焦透镜的高速多模态景深延拓显微成像系统，其特征在于，包括具有透射式部分相干成像和荧光非相干成像两种成像模式的显微镜，设置在显微镜筒镜光出口方向沿出射光路设置的
4f
双远心结构和相机，所述显微镜采用透射式部分相干成像模式时，显微镜采用可编程
LED
阵列光源向设置在载物台上的待测样本发射光源；所述显微镜采用荧光非相干成像两种成像模式时，显微镜采用汞灯光源
、
荧光激发模块向设置在载物台上的待测样本发射光源，所述
4f
双远心结构包括放置在傅里叶面的变焦透镜，所述相机用于采集待测样本图像
。2.
根据权利要求1所述的基于电控变焦透镜的高速多模态景深延拓显微成像系统，其特征在于，所述荧光激发模块的发射波长和激发波长与荧光样品的波段相匹配
。3.
根据权利要求1所述的基于电控变焦透镜的高速多模态景深延拓显微成像系统，其特征在于，所述变焦透镜轴向离焦范围覆盖待测样本厚度
。4.
基于权利要求1所述系统的基于电控变焦透镜的高速多模态景深延拓显微成像方法，其特征在于，包括：将电控变焦透镜设置成快扫模式，轴向离焦范围覆盖样本厚度，显微镜采用透射式部分相干成像模式，相机拍摄待测样本的全景深图像；将显微镜成像模式切换为荧光非相干成像模式，选择荧光激发模块的发射波长和激发波长与荧光样品的波段相匹配，相机拍摄荧光非相干成像模式下全景深图像；计算透射式部分相干成像与荧光非相干成像的传递函数，得到单帧快扫的传递函数；分别对透射部分相干成像全景深图像与荧光非相干成像全景深图像做全变分
Richardson
‑
Lucy
反卷积处理；将透射部分相干成像与荧光非相干成像的双模态全景深反卷积图像融合，得到双模态互补的全景深信息
。5.
根据权利要求4所述的基于电控变焦透镜的高速多模态景深延拓显微成像方法，其特征在于，透射式部分相干成像与荧光非相干成像的传递函数
sH
A
(
μ
)
具体为：
sH
A
(
μ
)
＝
H
A
(
μ
,
η
)|
η
＝0＝
H
A
(
μ
,0)
式中，
H
A
(
μ
,
η
)
为三维吸收传递函数，其中，透射式部分相干成像模式选择环形光源函数
S
annu
(
μ
)
，荧光非相干成像模式选择圆形光源函数
S
circ
(
μ
)。6.
根据权利要求5所述的基于电控变焦透镜的高速多模态景深延拓显微成像方法，其特征在于，三维吸收传递函数具体为：式中，
μ
＝
(
μ
,
ξ
)
是相对于空间坐标
x
和
y
的空间频率，
μ
′
＝
(
μ
′
,
ξ
′
)
是
S(
μ
)
和
P(
μ
)
在空间频率域上的平移量，
η
是相对于空间坐标
z
的空间频率，
S(
μ
)
和
P(
μ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：左超，张润南，陈钱，孙佳嵩，周宁，汤涵词，夏敏豪，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：