一种基于数字微镜器件的压缩共聚焦成像装置和方法

文档序号:35340586发布日期:2023-09-07 09:02阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于数字微镜器件的压缩共聚焦成像装置,其特征在于,包括共聚焦显微成像模块和单像素成像压缩探测模块,所述共聚焦显微成像模块和所述单像素成像压缩探测模块具有共用的数字微镜器件及所述数字微镜器件与样本之间的样本探测光路,其中,当对样本进行共聚焦图像采集时,所述数字微镜器件成为所述共聚焦显微成像模块的共聚焦针孔,当对样本进行单像素采样时,所述数字微镜器件成为所述单像素成像压缩探测模块的共聚焦针孔和单像素采样光编码元件。

2.如权利要求1所述的基于数字微镜器件的压缩共聚焦成像装置,其特征在于,所述样本探测光路包括物镜和设置于所述物镜与所述数字微镜器件之间的管透镜。

3.如权利要求1所述的基于数字微镜器件的压缩共聚焦成像装置,其特征在于,所述单像素成像压缩探测模块包括第一二向色镜、第一透镜、单光子探测器、第二透镜和第一激光器,所述第一激光器发出的激光透过所述第二透镜和所述第一二向色镜入射到所述数字微镜器件,经过所述数字微镜器件的调制后进入所述样本探测光路,从所述样本探测光路返回的信号光在所述数字微镜器件上反射后,由所述第一二向色镜再次反射后到达所述第一透镜,经所述第一透镜的光汇聚于一点由所述单光子探测器压缩收集;优选地,所述单光子探测器为光电倍增管pmt。

4.如权利要求1所述的基于数字微镜器件的压缩共聚焦成像装置,其特征在于,所述共聚焦显微成像模块包括第二二向色镜、第三透镜、二维图像采集器、第四透镜和第二激光器,所述第二激光器发出的激光透过所述第四透镜和所述第二二向色镜入射到所述数字微镜器件,经过所述数字微镜器件的调制后进入所述样本探测光路,从所述样本探测光路返回的信号光在所述数字微镜器件上反射后,由所述第二二向色镜再次反射后到达所述第三透镜,透过所述第三透镜的光中继成像到所述二维图像采集器上;优选地,所述二维图像采集器为scmos相机。

5.如权利要求1至4任一项所述的基于数字微镜器件的压缩共聚焦成像装置,其特征在于,当对样本进行共聚焦图像采集时,所述数字微镜器件在相机一次曝光时间内完成所有调制模式的变化,实现对样本探测区域所有点的全覆盖探测,得到完整的共聚焦二维图像;或者,所述数字微镜器件的每1次调制模式变化都触发一次曝光,多次曝光采集直到覆盖样本探测区域所有点,再堆栈各次采集的图像,得到完整的共聚焦图像。

6.一种基于数字微镜器件的压缩共聚焦成像方法,其特征在于,包括如下步骤:

7.如权利要求6所述的压缩共聚焦成像方法,其特征在于,步骤s1中,得到样本的单像素采样数据包括:生成随机二值稀疏矩阵作为调制所述数字微镜器件的测量矩阵,矩阵中元素“1”对应数字微镜器件单个微镜处于“开”状态,矩阵中元素“0”对应数字微镜器件单个微镜处于“关”状态,相邻“1”之间间隔至少4个“0”;多次变化所述数字微镜器件的调制模式,经过多次采集后得到单像素采样的一维强度信号。

8.如权利要求7所述的压缩共聚焦成像方法,其特征在于,步骤s1中,得到样本的共聚焦图像包括:生成平行条纹二值矩阵调制所述数字微镜器件,作为共聚焦图像采集的共聚焦针孔,平行条纹矩阵同一列的元素均为“1”或“0”,矩阵中元素“1”对应数字微镜器件单个微镜处于“开”状态,矩阵中元素“0”对应数字微镜器件单个微镜处于“关”状态,每隔n列使得一个微反射单元处于“开”状态,优选n为10以上,更优选n∈[10,20];其中,控制数字微镜器件所有处于“开”状态的单元每平移一个单位时触发相机曝光,记录所对应的二维图像数据,直到微镜阵列都被扫描一遍,将记录的二维图像数据拼接起来,得到整个视场的共聚焦二维真值图像信号。

9.如权利要求6至8任一项所述的压缩共聚焦成像方法,其特征在于,步骤s3中,重建二维的共聚焦图像包括:

10.一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序由处理器执行时,实现如权利要求6至9任一项所述的方法。


技术总结
一种基于数字微镜器件的压缩共聚焦成像装置和方法,该装置包括共聚焦显微成像模块和单像素成像压缩探测模块,所述共聚焦显微成像模块和所述单像素成像压缩探测模块具有共用的数字微镜器件及所述数字微镜器件与样本之间的样本探测光路,其中,当对样本进行共聚焦图像采集时,所述数字微镜器件成为所述共聚焦显微成像模块的共聚焦针孔,当对样本进行单像素采样时,所述数字微镜器件成为所述单像素成像压缩探测模块的共聚焦针孔和单像素采样光编码元件。使用本发明的装置和方法,能够在高速低光毒性采样条件下实现共聚焦显微成像,可以充分保证生物样本活性,并且提供高时空分辨率的成像效果。

技术研发人员:李秀,刘帅,张永兵
受保护的技术使用者:清华大学深圳国际研究生院
技术研发日:
技术公布日:2024/1/15
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