像素尺寸不是本发明的技术要点，但面板尺寸要能 尽可能覆盖第二透镜L 213前焦面的所有有效区域，像素分辨率与像素尺寸越小越好。目前 典型值为面板尺寸2-4. 3寸，像素分辨率IOX 10至480X 272,像素尺寸从20微米至10毫 米不等。
[0022] 为了实现LCD液晶面板12中每个像素点明暗控制，需采用相配套的硬件电路。由 于LCD液晶面板本身响应很快，硬件电路还可实现不同空间分布的图案的快速切换，实现 在时间上快速变化的灰度图案。注意，这里硬件电路的具体实现方案并非本专利的技术要 点，已经有许多成熟技术，主控制器可以采用（但不限于）单片机、ARM、或者可编程逻辑器 件等，这里不予赘述。具体实现方法可参考：（苏维嘉，张澎.基于FPGA的TFT-IXD控制 器的设计和实现[J].液晶与显示，2010, 25(1) :75-78.)。
[0023] 在介绍基于IXD液晶面板的可编程孔径显微镜的光场成像方法前，我们必须IXD 液晶面板中每个像素点的位置进行标记。结合图2,建立坐标系。其中矩形区域代表LCD液 晶面板的有效区域，坐标原点位于其中央。对于任意一个像素点P，其位置坐标为（P x，Py)， 我们定义该点所对应的光场视角为（θ χ，Θ y)，其中
[0024] 〇
[0025]
[0026] 这里的下标x、y分别代表光场视角在X与y坐标轴上的对应分量。对于基于IXD 液晶面板而言，f代表第一透镜L1Il的焦距。由此公式可见，约靠近LCD液晶面板边缘的像 素，其所对应的光场视角（θ χ，Qy)越大。
[0027] 本发明基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统的光场成像方法，其实现步骤 如下：
[0028] 步骤一：光场子图像采集。顺次点亮LED阵列中每个像素点，或顺次使LCD液晶面 板中的每个像素点透光，相机采集相对应的图像。设整个LED阵列/LCD液晶面板中共包含 M个像素，那么共计拍摄M幅图像。我们将这些图像记作IJx，y)，m = 1，2,. . . .，M，称之为 光场子图像，其中（x，y)代表图像平面的二维坐标。对于每幅光场子图像，其都对应了一个 光场视角（Θ xm, Θ ym)。m代表光场视角对应像素的个数。
[0029] 步骤二：确定所需要计算的焦距（成像深度）z，将步骤一中采集得到的M幅光场 子图像循环平移。具体包含如下两步：
[0030] 第一步：对于每幅光场子图像Ini (X，y)，m = 1，2,....，M，计算平移像素数
[0031]
[0032]
[0033] 其中Δ Xn为图像水平方向的平移像素数，Ayn为图像水平方向的平移像素数。
[0034] 第二步：将每幅光场子图像IniU, y)，m = 1，2, ....，M按照第一步计算得到平移 像素数AXni，Ayni，分别在水平/垂直两个方向进行循环平移，得到平移后的光场子图像
[0036] 式中傅里叶变换与反变换分别被记作I与（U，V)代表相对于（ X，y)的频 域坐标；
是传输函数，其形式为
[0037]
[0038] 式中j为虚数单位。
[0039] 步骤三：将步骤二所得到的平移后的光场子图像 按像素 对应相加，即得到了焦距（成像深度）在z处的重构图像
[0040] 为了表明本发明的实际使用效果，采用一实例来说明。在实例中，我们采用基于 LCD液晶面板可编程孔径显微镜来采集光场子图像。样品为苍蝇口器的切片标本。图3是 基于LCD液晶面板可编程孔径显微镜采集到的光场子图像，共计M = 100幅。图4是采用 本发明方法的对苍蝇口器标本进行光场重聚焦的重构图像，聚焦深度z =-32 μπι。图5是 直接移动载物台对苍蝇口器标本进行拍摄的图像，聚焦深度ζ =-32 μm。图6是聚焦深度 z = 63 μm的重构图像。图7是直接移动载物台在z = 63 μ 111所拍摄至Ij的图像。对比可见 本发明可直接通过计算的方式准确重构出不同深度样品图像，且实际效果与移动载物台所 拍摄的结果吻合的很好。
【主权项】
1. 一种基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统的光场成像方法，其特征在于步骤 如下： 步骤一：光场子图像采集，顺次点亮LED阵列中每个像素点或顺次使LCD液晶面板中的 每个像素点透光，相机采集相对应的图像，设LCD液晶面板中共包含M个像素，那么共计拍 摄M幅图像，将这些图像记作Ini(X，y)，m = 1，2,. . . .，M，称之为光场子图像，其中（X，y)代 表图像平面的二维坐标；对于每幅光场子图像，其都对应了一个光场视角（ΘΜ，0yn)， m代 表光场视角对应像素的个数； 步骤二：确定所需要计算的焦距，即成像深度z，将步骤一中采集得到的M幅光场子图 像按规则循环平移； 步骤三：将步骤二所得到的平移后的光场子图像"Jx，y)，m = 1，2,....，M按像素对 应相加，即得到了焦距（成像深度）在z处的重构图像2. 根据权利要求1所述的基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统的光场成像方 法，其特征在于在成像之前，对LCD液晶面板中每个像素点的位置进行标记，首先建立坐标 系，该坐标原点位于LCD液晶面板中央，对于任意一个像素点P，其位置坐标为（Px，Py)，定义 该点所对应的光场视角为（θ χ，Θ y)，其中X，y分别代表光场视角在X与y坐标轴上的对应分量，对于基于LCD液晶面板而言，f 代表第一透镜L1 (11)的焦距。3. 根据权利要求1所述的基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统的光场成像方 法，其特征在于步骤二的具体实现步骤为： 第一步：对于每幅光场子图像Ini (X，y)，m = 1，2,....，M，计算平移像素数 Δχη= ztan θ χη Ayni= ztan Θ yn 其中Axn为图像水平方向的平移像素数，Ayn为图像水平方向的平移像素数； 第二步：将每幅光场子图像In(X，y)，m = 1，2, ....，M按照第一步计算得到平移像 素数Ax?，Ay?，分别在水平和垂直两个方向进行循环平移，得到平移后的光场子图像 I' m(x, y)，m = 1，2,--，M，公式为：式中傅里叶变换与反变换分别被记作与(u，v)代表相对于（x，y)的频域坐 标；是传输函数，其形式为 =娜[-蝴?" ％?)] 式中j为虚数单位。
【专利摘要】本发明公开了一种基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统的光场成像方法，由显微成像系统和LCD液晶面板的4f系统实现，首先光场子图像采集，确定所需要计算的焦距z，将步采集得到的M幅光场子图像按规则循环平移，然后将所得到的平移后的光场子图像按像素对应相加，即得到了焦距(成像深度)在z处的重构图像。本发明可实现全分辨率光场成像，不存在传统光场成像中空间分辨率与角分辨率的矛盾问题；可灵活实现先拍照，后聚焦，可以不移动样品的载物台，直接通过计算的方式获得不同深度样品图像。
【IPC分类】G02F1/13, G02B27/00, G02B21/36
【公开号】CN105158893
【申请号】CN201510631816
【发明人】左超, 陈钱, 孙佳嵩, 冯世杰, 顾国华, 张玉珍, 李加基, 胡岩, 陶天阳, 张良, 张佳琳, 孔富城, 张敏亮, 范瑶, 林飞
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月29日