基于像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统的制作方法

[0001]
本发明涉及配合显微镜使用的基于像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统的设计方法，该成像光谱仪具有以下特点：
[0002]
1)像空间扫描，对经显微镜放大后的成像目标进行扫描成像，降低了对扫描机构移动精度的依赖，极大提高了获取的高光谱成像数据的成像质量；
[0003]
2)物空间遍历，在每次像空间扫描结束后，通过控制成像目标位置移动，遍历扫描目标的所有位置，通过数据拼接，形成显微目标的大范围数据获取。


背景技术：

[0004]
成像光谱技术拥有卓越的光谱成像信息获取能力，推扫狭缝机制扫描成像作为常用的数据获取方式，除了可获得目标物的光谱信息外，也可以获得目标成分的空间分布信息，已成为光学探测技术的又一个强有力的手段。同时因医学、工业、农业、食品、物理、化学、地质、矿物、污染、光电检测等领域的微小目标光谱成像信息获取需求，对显微成像光谱技术提出了高要求。
[0005]
目前常用的显微高光谱成像技术的扫描方式是物方扫描和像方扫描方式。其中物方扫描即平移显微镜的载有微小目标的载物平移台，这种方法对载物平移台的平移精度、平移重复性等指标要求非常高，往往没办法达到使用需求，使得显微高光谱成像系统的成像分辨精度、扫描维像质均匀性等成像质量严重受到载物平移台的限制，同时载物平移台的使用极大提升了显微高光谱成像系统的价格；同时像方扫描可以极大的解决了以上问题，具有高成像分辨精度、高像质均匀性、高重复性、低成本的特点，但是数据获取范围受到仪器的限制，往往会较小，没办法满足显微目标大范围高光谱成像数据获取的应用需求。


技术实现要素：

[0006]
有鉴于此，提出像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统设计方法，该方法将物方扫描和像方扫描有效结合起来。首先通过像方扫描的方法对经显微镜放大后的像方进行扫描的成像端扫描数据获取方法，和单一物方扫描方式相比，将对扫描移动装置的精度及重复性要求降低了几十甚至上百倍，极大提高了扫描成像光谱数据的成像质量，同时降低了显微高光谱成像系统的成本；然后每当完成一次像方扫描数据获取操作之后，移动物方平移台到下一个位置，然后重复像方扫描过程，完成目标感兴趣区域的所有位置遍历；结束后进行高光谱成像数据拼接。通过物方+像方联合扫描完成显微目标的物方大范围高光谱成像数据获取。
[0007]
实现本发明的技术方案如下：
[0008]
基于像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统设计方法，其成像光谱仪采用狭缝推扫体制。
[0009]
基于像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统设计方法，其操作步骤如下：
[0010]
步骤一，对经显微镜放大的像方进行高光谱成像数据扫描采集，完成像空间扫描；
[0011]
步骤二，通过物方移动，实现对显微目标的所有位置的像空间扫描遍历；
[0012]
步骤三，对获取的显微目标所有位置的高光谱成像数据进行拼接。
[0013]
进一步地，步骤一中像空间扫描的扫描模式分为以下几种：
[0014]
(1)整机平移(见图1)或旋转模式(见图2)：即使用平移台/旋转台对成像光谱仪整机进行平移/旋转，成像光谱仪的镜头耦合对准显微镜的侧出光口，实现成像光谱仪对侧出光口输出的目标放大像的数据扫描采集。
[0015]
(2)扫镜扫描模式(见图3)：即使用扫镜作为成像光谱仪和显微镜侧出光口之间的耦合器件，通过扫镜的扫描实现成像光谱仪对显微镜侧出光口输出的目标放大像的数据扫描采集。
[0016]
(3)狭缝移动模式(见图4)：即通过使用电机控制狭缝移动的方式，实现对显微镜侧出光口输出的目标放大像的数据扫描采集。
[0017]
进一步地，步骤二中的物方移动包括前后、左右两个方向。
[0018]
进一步地，步骤三中的高光谱成像数据进行拼接，其拼接步骤如下：
[0019]
步骤3.1，进行去噪、图像锐化等数据预处理；
[0020]
步骤3.2，将数据进行截取处理，使所有待拼接的数据的规格、边缘状态一致；
[0021]
步骤3.3，进行两两高光谱成像数据拼接；
[0022]
步骤3.4，进行拼接位置平滑。
[0023]
有益效果：
[0024]
本发明和单一物方扫描数据获取方法相比，具有以下优点：
[0025]
(1)通过物方遍历+像方扫描的方式，可以获取目标的任意大范围的高精度、高重复性、高像质均匀性的高光谱成像数据；
[0026]
(2)对放大后的目标的像进行成像，能将数据采集空间分辨率精度扩大几十倍；
[0027]
(3)通过对放大后的目标的像进行成像光谱扫描，本发明使用的方式将电机移动精度需求降低几十甚至上百倍，大大降低了对电机移动精度的需求，更容易实现；
[0028]
(4)传统的单一物方扫描方法要求电机移动的精度为微米及以下量级，因此造价非常高，本发明使用的方式将电机移动精度需求降低几十甚至上百倍，因此大大节约了显微高光谱成像系统的成本。
附图说明
[0029]
图1所示为本发明整机平移模式像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统工作示意图。
[0030]
图2所示为本发明整机旋转模式像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统工作示意图。
[0031]
图3所示为本发明扫镜扫描模式像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统工作示意图。
[0032]
图4所示为本发明狭缝移动模式像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统工作示意图。
具体实施方式
[0033]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0034]
本发明提出基于像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统设计方法，该方法改进了单一物方扫描数据获取方法，其内容如下：
[0035]
1)像方扫描，通过像方扫描的方法对经显微镜放大后的像方进行扫描的成像端扫描数据获取方法，和单一物方扫描方式相比，将对扫描移动装置的精度及重复性要求降低了几十甚至上百倍，极大提高了扫描成像光谱数据的成像质量，同时降低了显微高光谱成像系统的成本；
[0036]
2)物方遍历，每当完成一次像方扫描数据获取操作之后，移动物方平移台到下一个位置(可进行前后、左右两个方向移动)，然后重复像方扫描过程，完成目标感兴趣区域的所有位置遍历；
[0037]
3)数据拼接，对获取的显微目标所有位置处的像方扫描高光谱成像数据进行拼接。
[0038]
本发明通过物方+像方联合扫描完成显微目标的任意大范围的高光谱成像数据获取。
[0039]
本发明采用的像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统设计方法，采用狭缝推扫体制。
[0040]
本发明采用的对经显微镜放大后的像方进行扫描的成像端扫描数据获取方法，和传统的单一物方扫描方式相比，对扫描移动装置的精度及重复性要求降低了几十甚至上百倍，极大提高了扫描成像光谱数据的成像质量，同时降低了显微高光谱成像系统的成本。
[0041]
本发明采用的像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统设计方法中的数据拼接包括以下步骤：
[0042]
(1)进行去噪、图像锐化等数据预处理；
[0043]
(2)将数据进行截取处理，使所有待拼接的数据的规格、边缘状态一致；
[0044]
(3)进行两两高光谱成像数据拼接；
[0045]
(4)进行拼接位置平滑。
[0046]
本发明采用的像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统设计方法，其中像方扫描是关键过程，具有三种扫描采集模式，分别对其进行实施方式进行描述。
[0047]
实施方式1
[0048]
本实施方式提供了一种基于整机平移(见图1)或旋转模式(见图2)的像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统设计方法。其基本内容如下：
[0049]
(1)将目标放置显微镜载物台上，显微镜对目标进行放大成像，所成的像通过侧出光口进行输出；
[0050]
(2)成像光谱仪的镜头耦合对准显微镜的侧出光口，接收侧出光口输出的目标放大成像数据；
[0051]
(3)利用成像光谱仪整机下方装载的像方整机平移台/旋转台对成像光谱仪整机进行平移/旋转扫描，实现成像光谱仪狭缝光谱数据的单次像方扫描数据获取；
[0052]
(4)控制物方平移台移动到相邻的下一个位置；
[0053]
(5)重复以上过程(1)～(4)，直至完成整个大范围感兴趣区域的遍历；
[0054]
(6)将显微目标所有位置处的高光谱成像数据进行拼接。
[0055]
实施方式2
[0056]
本实施方式提供了一种基于扫镜扫描模式(见图3)的像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统设计方法。其基本内容如下：
[0057]
(1)将目标放置显微镜载物台上，显微镜对目标进行放大成像，所成的像通过侧出光口进行输出；
[0058]
(2)成像光谱仪的镜头耦合对准显微镜的侧出光口，接收侧出光口输出的目标放大成像数据；
[0059]
(3)在成像光谱仪镜头与显微镜侧出光口之间加载扫描镜，利用扫描镜旋转的扫描机制，利用扫描镜旋转进行扫描，实现成像光谱仪狭缝光谱数据的单次像方扫描数据获取；
[0060]
(4)控制物方平移台移动到相邻的下一个位置；
[0061]
(5)重复以上过程(1)～(4)，直至完成整个大范围感兴趣区域的遍历；
[0062]
(6)将显微目标所有位置处的高光谱成像数据进行拼接。
[0063]
实施方式3
[0064]
本实施方式提供了一种基于狭缝移动模式(见图4)的像物空间联合扫描的显微高光谱成像系统设计方法。其基本内容如下：
[0065]
(1)将目标放置显微镜载物台上，显微镜对目标进行放大成像，所成的像通过侧出光口进行输出；
[0066]
(2)成像光谱仪的镜头耦合对准显微镜的侧出光口，接收侧出光口输出的目标放大成像数据；
[0067]
(3)利用在成像光谱仪镜头后方的狭缝上加载垂直于狭缝方向移动的电机，通过电机的移动，实现成像光谱仪狭缝光谱数据的单次像方扫描数据获取；
[0068]
(4)控制物方平移台移动到相邻的下一个位置；
[0069]
(5)重复以上过程(1)～(4)，直至完成整个大范围感兴趣区域的遍历；
[0070]
(6)将显微目标所有位置处的高光谱成像数据进行拼接。