【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及成像，特别是涉及一种用于显微镜照明角度校准装置和方法。
技术介绍
1、显微光学成像是获取生物系统跨尺度信息的主要手段，在分子、细胞、组织到器官等各层次的结构和功能研究中起着重要的作用。相比于荧光标记成像对样本有严格的要求，荧光标记通道数有限，并且存在荧光基团的光漂白以及对样本光毒性的影响，显微光学成像提供的无标记成像方式能够确保样本自身的生命活动不受成像过程本身的影响，因此广泛应用于数字病理，癌症治疗，再生医学和个性化医疗等领域。
2、随着计算成像技术的发展，近年来已经出现多种基于光场传播模型的无标记成像技术，如傅里叶叠层显微镜(fourier ptychography microscopy,fpm)，光学衍射层析显微镜(optical diffractive tomographic microscopy,odt)等。这类成像方法的核心思想是不同方向平面波照明调制下，成像系统探测到样本的不同频域成分信息。通过对样本与光场相互作用的过程建立传播模型，重建算法解调出原本常规显微镜探测不到的样本物理特征，如折射率分布、吸收系数等。然而，在实际应用中基于平面波照明调制的重建依赖于精确的成像模型，照明角度直接对应样本频域分量的空间位置，进而照明角度的对准误差会导致严重的重建伪影，此时有效、精确的照明角度标定方法至关重要。
3、regina eckert等人在2018年提出基于图像频谱分布特征的照明角度校准方法，此方法分两步进行校准：首先，通过分析倾斜平面波照明下图像的频谱校准明场图像的照明角度，然后，
4、2016年，jiasong sun等人还提出了一种基于模拟退火法和非线性回归的照明角度全局位置迭代校正方法。这种方法效率高，抗噪声能力强。2018年，ao zhou等人引入了全局位置失调模型，并在重建算法之外更新参数，使得该方法的速度明显快于之前的方法。jiasong sun等人和ao zhou等人提出的校准方法都要求led按规则排列，并需要进行led位置的预先对准。否则，如果当照明角度存在明显错位时，该方法可能会变得耗时。
5、因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种用于显微镜照明角度校准装置和方法，其能够在不需要依赖照明角度位置先验信息和样本的情形下实现照明角度的位置校准。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种用于显微镜照明角度校准装置，其包括模体、第一投影辅助成像元件、第二投影辅助成像元件和校正计算单元，其中：
3、模体设置有通光小孔，通光小孔贯通模体的两侧表面；
4、第一投影辅助成像元件用于通过辅助调节成像系统的显微物镜的位置，使显微成像系统的相机能够获取待测照明系统不同照明角度下的模体图像及通光小孔在模体图像中的投影点，第二投影辅助成像元件设置在模体与第一投影辅助成像元件之间，用于通过辅助调节显微物镜的位置，使待测照明系统发出不同照明角度的光线能够通过通光小孔投影到第一投影辅助成像元件；校正计算单元用于根据所有直线的交点xi＝(xi,yi,zi)，计算待测照明系统的第i颗led照明下的照明角度ki，为第i颗led的光线穿过第p个通光小孔形成的直线。
5、进一步地，第一投影辅助成像元件采用单面磨砂的玻璃片，其非磨砂面朝向显微物镜。
6、进一步地，第二投影辅助成像元件采用环台结构，具有中心通孔，以供待测照明系统发出不同照明角度的光线通过模体的通光小孔，到达第一投影辅助成像元件表面。
7、进一步地，第p个通光小孔的位置坐标的获取方法包括：
8、利用第二投影辅助成像元件辅助显微物镜对焦于模体朝向第二投影辅助成像元件的表面，此时显微物镜的位置记为z2，将待测照明系统的所有led同时照明，获取到的模体图像中第p个投影点的坐标为第p个通光小孔的位置坐标，h＝z2-z1，为模体图像中通光小孔位置的水平坐标，p＝1,2,...,n，n为通光小孔的总数，z1为显微物镜的参考位置。
9、进一步地，第p个通光小孔投影点的位置坐标的获取方法包括：
10、利用第一投影辅助成像元件辅助显微物镜对焦于磨砂面，此时显微物镜的位置记为z1，将待测照明系统的led照明依次照明，第i颗led照明时获得的模体图像中第p个投影点的坐标为第p个通光小孔投影点的位置坐标。
11、进一步地，通过下式示出的最小二乘法求解所有直线的交点xi＝(xi,yi,zi)：
12、
13、式中，表示待求的第i颗led位置xi＝(xi,yi,zi)与直线的距离。
14、本专利技术还提供一种用于显微镜照明角度校准方法，其包括：
15、步骤1，将第一投影辅助成像元件放置在显微镜样品台上，将成像系统的显微物镜对焦于第一投影辅助成像元件朝向待测照明系统的表面，此时显微物镜的位置记为z1；
16、步骤2，将有通光小孔的模体放置在第一投影辅助成像元件朝向待测照明系统的表面，使显微成像系统的相机能够获取待测照明系统不同照明角度下的模体图像及通光小孔在模体图像中的投影点；
17、步骤3，先将第二投影辅助成像元件设置在模体与第一投影辅助成像元件之间，使待测照明系统发出不同照明角度的光线能够通过通光小孔投影到第一投影辅助成像元件，再将显微物镜对焦于模体朝向第二投影辅助成像元件的表面，此时显微物镜的位置记为z2；
18、步骤4，控制待测照明系统的led照明方式，获取显微物镜在z2的模体图像中第p个通光小孔的位置坐标以及显微物镜在z1的模体图像中第p个通光小孔投影点的位置坐标；
19、步骤5，根据所有直线的交点xi＝(xi,yi,zi)，计算待测照明系统的第i颗led照明下的照明角度ki，为第i颗led的光线穿过第p个通光小孔形成的直线。
20、进一步地，步骤4中，显微物镜在z2的模体图像中第p个通光小孔的位置坐标的获取方法包括：
21、控制待测照明系统的所有led同时照明，获取模体图像中第p个通光小孔的位置坐标h＝z2-z1，为模体图像中通光小孔位置的水平坐标，p＝1,2,...,n，n为通光小孔的总数。
22、进一步地步骤4中，显微物镜在z1的模体图像中第p个通光小孔投影点的位置坐标的获取方法包括：
23、控制待测照明系统的led照明依次照明，第i颗led照明时获得的模体图像中第p个投影点的坐标为第p个通光小孔投影点的位置坐标。
24、进一步地，通过下式示出的最小二乘法求解所有直线的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于显微镜照明角度校准装置，其特征在于，包括模体(1)、第一投影辅助成像元件(2)、第二投影辅助成像元件(3)和校正计算单元，其中：
2.如权利要求1所述的用于显微镜照明角度校准装置，其特征在于，第一投影辅助成像元件(2)采用单面磨砂的玻璃片，其非磨砂面朝向显微物镜(6)。
3.如权利要求1所述的用于显微镜照明角度校准装置，其特征在于，第二投影辅助成像元件(3)采用环台结构，具有中心通孔，以供待测照明系统(4)发出不同照明角度的光线通过模体(1)的通光小孔，到达第一投影辅助成像元件(2)表面。
4.如权利要求1-3中任一项所述的用于显微镜照明角度校准装置，其特征在于，第p个通光小孔的位置坐标的获取方法包括：
5.如权利要求4所述的用于显微镜照明角度校准装置，其特征在于，第p个通光小孔投影点的位置坐标的获取方法包括：
6.如权利要求5所述的用于显微镜照明角度校准装置，其特征在于，通过下式示出的最小二乘法求解所有直线的交点xi＝(xi,yi,zi)：
7.一种用于显微镜照明角度校准方法，其特征在于，包括：
8.如权利要求7所述的用于显微镜照明角度校准方法，其特征在于，步骤4中，显微物镜(6)在z2的模体图像(8)中第p个通光小孔的位置坐标的获取方法包括：
9.如权利要求7所述的用于显微镜照明角度校准方法，其特征在于，步骤4中，显微物镜(6)在z1的模体图像(8)中第p个通光小孔投影点的位置坐标的获取方法包括：
10.如权利要求8或9所述的用于显微镜照明角度校准方法，其特征在于，通过下式示出的最小二乘法求解所有直线Lip的交点xi＝(xi,yi,zi)：
...【技术特征摘要】
1.一种用于显微镜照明角度校准装置，其特征在于，包括模体(1)、第一投影辅助成像元件(2)、第二投影辅助成像元件(3)和校正计算单元，其中：
2.如权利要求1所述的用于显微镜照明角度校准装置，其特征在于，第一投影辅助成像元件(2)采用单面磨砂的玻璃片，其非磨砂面朝向显微物镜(6)。
3.如权利要求1所述的用于显微镜照明角度校准装置，其特征在于，第二投影辅助成像元件(3)采用环台结构，具有中心通孔，以供待测照明系统(4)发出不同照明角度的光线通过模体(1)的通光小孔，到达第一投影辅助成像元件(2)表面。
4.如权利要求1-3中任一项所述的用于显微镜照明角度校准装置，其特征在于，第p个通光小孔的位置坐标的获取方法包括：
5.如权利要求4所述的用于显微镜照明角度校准装置，其特征在于，第p个通光...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁林涛，张皓钧，李海文，
申请(专利权)人：广州超视计生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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