一种单振镜扫描光场成像系统和方法与流程

本发明涉及光学成像，更具体的说是涉及一种单振镜扫描光场成像系统和方法。

背景技术：

1、随着科技的进步，显微镜成像水平不断提高，不断拓展着对生命科学领域的认知。对生命科学的研究朝着活体三维区域中更精细、更快速反应、对活体影响更小等领域进行，传统的成像系统只能进行快速的二维成像，现有三维成像系统主要在二维成像基础上加入轴向扫描来实现，但这个过程往往比较缓慢，很多细胞间或细胞内的快速反应难以捕捉，因此，亟需实现一种新型快速三维高分辨成像系统。

2、光场成像系统通过一次拍摄就能获取样本在三维空间中的信息，因此能对样本进行高速的动态检测，同时减少了样本拍摄过程中的光毒性，能实现对样本长时程的监测，是目前脑科学与类脑研究、肿瘤学、免疫学等研究领域中极受欢迎的三维成像技术。

3、然而现有光场成像系统受海森堡不确定性原理的局限，其空间分辨率和角度分辨率之间存在矛盾，在获取更多角度分辨率的同时往往会牺牲空间分辨率，最终只能进行具有低分辨率的三维成像。这种缺陷大大降低了光场显微镜的实际应用。

4、鉴于现有技术中存在的不足之处，提供了一种基于单振镜扫描光场成像系统和方法来满足上述需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种单振镜扫描光场成像系统和方法，通过加入二维振镜的扫描方式来提高光场成像系统的分辨率，克服传统光场显微镜在空间分辨率与角度分辨率之间的矛盾，能够高速获取高分辨率三维图像信息，对于细胞间、细胞内部物质间高速相互作用的观测具有重要意义。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种单振镜扫描光场成像系统，包括：照明模块和三维成像模块；

4、照明模块按照光线传播方向依次为：led光源、第一滤光片、第一透镜、二向色镜、物镜和载物台；

5、led光源发出激发光，第一滤光片对激发光进行滤波，滤波后的激发光通过第一透镜进行汇聚，汇聚后的激发光通过二向色镜反射至物镜，对载物台上的待测样品进行激发；

6、三维成像模块按照光线传播方向依次为：镜筒透镜、第二滤光片、第一中继系统、二维振镜、微透镜阵列、第二中继系统和相机；

7、待测样品的发射光通过物镜后透射经过二向色镜，通过镜筒透镜进行像差校正，通过第二滤光片对发射光进行滤波，通过第一中继系统对光路进行调节，根据不同扫描模式控制二维振镜的偏转角度，并通过微透镜阵列、第二中继系统调节光路使其成像到相机。

8、优选地，第一中继系统包括第二透镜和第三透镜，二维振镜位于第二透镜和第三透镜之间。

9、优选地，第二中继系统包括第四透镜和第五透镜，第五透镜的后焦面与相机重合。

10、优选地，微透镜阵列和像面平行，且微透镜阵列中每个微透镜的口径对应相机15×15个像素点。

11、优选地，还包括控制系统，控制系统用于提供二维振镜在偏转时所需的控制电压以及相机拍摄时所需的触发脉冲电压。

12、优选地，控制二维振镜偏转时，不同偏转角度对应于在相机像素上的偏移像素点不同，此时对应于不同的扫描模式。

13、优选地，扫描模式分为3×3、5×5和15×15，对应于二维振镜的偏转角为0.15mrad、0.09mrad和0.03mrad以及在相机上偏移像素点为5个、3个和1个。

14、一种单振镜扫描光场成像方法，包括：

15、针对不同待测样品选择系统扫描模式；

16、根据所选取的扫描模式得到微透镜阵列中心视图理论点扩散函数；

17、led光源发出激发光，第一滤光片对激发光进行滤波，滤波后的激发光通过第一透镜进行汇聚，汇聚后的激发光通过二向色镜反射至物镜，对载物台上的待测样品进行激发；

18、待测样品的发射光通过物镜后透射经过二向色镜，通过镜筒透镜进行像差校正，通过第二滤光片对发射光进行滤波，通过第一中继系统对光路进行调节，根据扫描模式控制二维振镜偏转角度，并通过微透镜阵列、第二中继系统调节光路使其成像到相机，得到样本三维信息；

19、根据微透镜阵列中心视图理论点扩散函数、非相干数值孔径融合算法和重建算法对样本三维信息进行重建。

20、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种单振镜扫描光场成像系统和方法，通过扫描的方式获取空间局部位置更多的空间信息，后续利用算法进行重建时可以提高光场成像系统的分辨率，从而获取高分辨率三维图像信息。

技术特征：

1.一种单振镜扫描光场成像系统，其特征在于，包括：照明模块和三维成像模块；

2.根据权利要求1所述的一种单振镜扫描光场成像系统，其特征在于，第一中继系统包括第二透镜和第三透镜，二维振镜位于第二透镜和第三透镜之间。

3.根据权利要求1所述的一种单振镜扫描光场成像系统，其特征在于，第二中继系统包括第四透镜和第五透镜，第五透镜的后焦面与相机重合。

4.根据权利要求1所述的一种单振镜扫描光场成像系统，其特征在于，微透镜阵列和像面平行，且微透镜阵列中每个微透镜的口径对应相机15×15个像素点。

5.根据权利要求1所述的一种单振镜扫描光场成像系统，其特征在于，还包括控制系统，控制系统用于提供二维振镜在偏转时所需的控制电压以及相机拍摄时所需的触发脉冲电压。

6.根据权利要求5所述的一种单振镜扫描光场成像系统，其特征在于，控制二维振镜偏转时，不同偏转角度对应于在相机像素上的偏移像素点不同，此时对应于不同的扫描模式。

7.根据权利要求6所述的一种单振镜扫描光场成像系统，其特征在于，扫描模式分为3×3、5×5和15×15，对应于二维振镜的偏转角为0.15mrad、0.09mrad和0.03mrad以及在相机上偏移像素点为5个、3个和1个。

8.一种单振镜扫描光场成像方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种单振镜扫描光场成像系统和方法，方法包括针对不同待测样品选择系统扫描模式；根据扫描模式得到微透镜阵列中心视图理论点扩散函数；待测样品的发射光通过物镜后透射经过二向色镜，通过镜筒透镜进行像差校正，通过第二滤光片对发射光进行滤波，通过第一中继系统对光路进行调节，根据扫描模式控制二维振镜偏转角度，并通过微透镜阵列、第二中继系统对发射光角度进行角度调节后成像到相机，得到样本三维信息；根据微透镜阵列中心视图理论点扩散函数、非相干数值孔径融合算法和重建算法对样本三维信息进行重建。本发明通过加入二维振镜的扫描方式来提高光场成像系统的分辨率，能够高速获取高分辨率三维图像信息。

技术研发人员：杨懿,王原,郭莉,邵文冲
受保护的技术使用者：浙江荷湖科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13