面向生物医学显微成像的大面阵探测系统的制作方法

本发明涉及生物医学显微成像技术领域，特别涉及一种面向生物医学显微成像的大面阵探测系统。

背景技术：

目前实现大面阵探测成像有两种方式，一是定制超大规模的面阵探测器器件，二是采用面阵探测器拼接的方法。目前国际上单片面阵光电探测器像元数最大在17k×15k左右，且没有成品需要定制，成本非常昂贵，且增大单片面阵探测器的像元数是面阵探测器发展的技术瓶颈。采用ccd图像传感器焦面光学拼接技术实现多片面阵ccd的拼接研究较多。但ccd是传统制作工艺，信噪比高，驱动电路复杂。且拼接后的大面阵ccd探测器帧频较低。传统的阵列多块机械拼接不可避免的会产生十字交叉型拼缝，存在有效成像区域小，无像元覆盖率大的缺点。在生物医学显微成像领域中，这种拼缝会影响细胞观测，应用在检测等领域，甚至会影响最终结果判断。面阵探测器大多用于航空、航天领域的光电成像系统中，用于生物医学显微成像领域几乎没有。而随着生物医学领域快速发展，越来越多的检测仪器需要通过更大的单次成像视场范围，缩短成像次数，从而获得更快的检测速度，因此大面阵探测器在生物医学显微成像领域的需求也越来越大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种面向生物医学显微成像的大面阵探测系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种面向生物医学显微成像的大面阵探测系统，包括大面阵探测器本体、整合控制单元、二次电源及图像处理计算机；

所述大面阵探测器本体包括拼接基板及设置在所述拼接基板上的通过多个拼接反射镜实现直线拼接的多个cmos成像组件。

优选的是，所述cmos成像组件包括cmos成像板及设置在所述cmos成像板上的cmos芯片、信息与时序处理器、工作参数存储器、供电电路及时序驱动电路。

优选的是，所述信息与时序处理器包括cmos工作模式配置模块、cmos时序产生模块、cmos图像接收模块、工作参数存储器读写模块和图像预处理模块。

优选的是，所述整合控制单元包括主处理器、图像接受模块、通讯模块、缓存模块及稳压模块。

优选的是，所述图像处理计算机包括图像采集模块、图像存储模块、图像配准识别模块及数据处理模块。

优选的是，所述cmos成像组件、整合控制单元、图像处理计算机之间相互通讯连接；所述cmos成像组件通过lvds接口与所述整合控制单元通讯连接，通过camlink接口与所述图像处理计算机传递数据。

优选的是，所述cmos成像板包括通过板间连接器依次层叠连接的器件板、主处理器板及接口板。

优选的是，所述拼接基板的背面开槽形成进光通道，若干个所述cmos成像组件设置在所述拼接基板的一侧，形成第一cmos成像组件单元，其余的若干个所述cmos成像组件设置在所述拼接基板的相邻的另一侧，形成第二cmos成像组件单元，所有所述cmos成像组件中的cmos芯片的感光面均与所述进光通道连通；多个所述拼接反射镜设置于所述进光通道内，且所述拼接反射镜与所述第一cmos成像组件单元的cmos成像组件依次交错设置。

优选的是，入射光经所述进光通道照射在所述第一cmos成像组件单元的cmos成像组件的感光面和拼接反射镜上，照射在所述拼接反射镜上的入射光再反射至所述第二cmos成像组件单元的cmos成像组件的感光面上。

优选的是，所述面向生物医学显微成像的大面阵探测系统的工作流程包括：

1)载有样本的载片进入所述大面阵探测器本体的焦平面，获取到一幅成像条带，按照载片移动方向，将获取的一幅一幅的成像条带拼接凑成载片的全幅图像；

2)所述cmos成像组件中的图像预处理模块对获得的图像进行拼接去渐晕处理和反卷积图像复原处理后传输至所述整合控制单元进行图像整合；

3)所述整合控制单元将整合后的图像传输至所述图像处理计算机，经所述图像配准识别模块配准、比对及所述数据处理模块处理后输出检测结果。

本发明的有益效果是：

本发明的面向生物医学显微成像的大面阵探测系统具有单次成像视场范围大，成像分辨率高的优点，可缩短样品成像、检测时长，提高效率；

针对目前探测器产品像面尺寸无法满足大视场显微成像系统要求的现状，本发明采用机械拼接和光学拼接结合的复合拼接技术，相邻探测器有少量搭接区域；通过采用多片探测器精密反射拼接技术，既能构建大尺寸共轭高精度拼接像面，又能减小拼缝导致的成像盲区，无像元覆盖率远低于传统的机械拼接技术；

本发明采用cmos芯片进行拼接，相比传统ccd拼接，具有体积小、重量轻、集成度高、信噪比低、驱动电路简单、高帧频等优点；本发明能实现拼接后的cmos成像组件单次成像视场大于150mm×20mm，像元数大于50k×7k；

本发明通过设计高精度二次电源、图像预处理模块、图像处理计算机能保证原始图像采集的信噪比和分辨率；

本发明可为生物医学显微成像技术领域，提供大面阵光电探测系统，能够提供高分辨率、高信噪比原始图像，可提高成像质量及速度，在用于检测应用时，能够提高检测速度及检测效率。

附图说明

图1为本发明的面向生物医学显微成像的大面阵探测系统的结构框图；

图2为本发明的大面阵探测器本体的结构示意图；

图3为本发明的大面阵探测器本体的背面的结构示意图；

图4为本发明的cmos成像组件的结构框图；

图5为本发明的cmos成像板的结构示意图；

图6为本发明的整合控制单元的结构框图。

附图标记说明：

1—拼接基板；2—cmos成像组件；3—拼接反射镜；4—进光通道；5—第一cmos成像组件单元；6—第二cmos成像组件单元；7—器件板；8—主处理器板；9—接口板；10—板间连接器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-6所示，本实施例的一种面向生物医学显微成像的大面阵探测系统，包括大面阵探测器本体、整合控制单元、二次电源及图像处理计算机。

二次电源提供系统所需的直流稳压电源，能够进行电压转换。

参照图2和3，大面阵探测器本体包括拼接基板1及设置在拼接基板1上的通过多个拼接反射镜3实现直线拼接的多个cmos成像组件2。拼接基板1的背面开槽形成进光通道4，若干个cmos成像组件2设置在拼接基板1的一侧，形成第一cmos成像组件单元5，其余的若干个cmos成像组件2设置在拼接基板1的相邻的另一侧，形成第二cmos成像组件单元6，所有cmos成像组件2中的cmos芯片的感光面均与进光通道4连通；多个拼接反射镜3设置于进光通道4内，且拼接反射镜3与第一cmos成像组件单元5的cmos成像组件2依次交错设置。入射光经进光通道4照射在第一cmos成像组件单元5的cmos成像组件2的感光面和拼接反射镜3上，照射在拼接反射镜3上的入射光再反射至第二cmos成像组件单元6的cmos成像组件2的感光面上。

其中，cmos芯片体积小、重量轻、集成度高、直接数字图像输出，容易实现高帧频，且帧频调整方便。在一种实施例中，大面阵探测器本体包括10个cmos成像组件2，固定在拼接基板1上，其中5个固定在拼接基板1的一侧，形成第一cmos成像组件单元5，另外5个固定在拼接基板1的相邻的另一侧，形成第二cmos成像组件单元6。cmos成像组件2和拼接基板1设置有调整垫，通过研磨调整垫来保证各图像传感器感光面的共面性。为了保证整个像面的完整性及连续性，采用反射镜直线拼接方法，即通过5个拼接反射镜3与第一cmos成像组件单元5的cmos成像组件2依次交错设置，实现焦面的cmos成像组件2拼接，完成10片cmos器件的拼接，相邻两块大面阵探测器本体搭接像素40个，拼接后像面>150mm×20mm。拼接后，沿着入射光线观察各拼接cmos芯片均在同一直线上。该拼接方法对光学系统成像光束的宽度要求小，可以大大降低焦面组件的体积和重量，而且避免了视场交错拼接可能导致相机大角度侧视成像时漏像元的问题。线性拼接精度为0.002mm，靠高精度光学拼接仪保证精度。拼接后像面平面度为0.005mm，通过研磨调整垫进行校正。拼接完成后，通过销钉定位，螺钉封d04硅橡胶。

参照图4，cmos成像组件2包括cmos成像板及设置在cmos成像板上的cmos芯片、信息与时序处理器、工作参数存储器、供电电路及时序驱动电路。信息与时序处理器包括cmos工作模式配置模块、cmos时序产生模块、cmos图像接收模块、工作参数存储器读写模块和图像预处理模块。

参照图5，cmos成像板包括通过板间连接器10依次层叠连接的器件板7、主处理器板8及接口板9。在一种实施例中，信息与时序处理器、工作参数存储器设置在主处理器板8上，供电电路、时序驱动电路设置在接口板9上。

其中，cmos成像组件2的功能就是完成摄像任务，且其可进行cmos芯片配置，调整曝光时间与增益。其通过供电电路与二次电源连接，为cmos芯片和和其他元件供电。信息与时序处理器即fpga，主要完成cmos工作模式配置、cmos时序产生、cmos图像接收、工作参数存储器读写、拼接去渐晕处理、反卷积图像复原等功能。cmos成像组件2通过lvds接口与整合控制单元通讯，完成成像单元与与整合控制单元的信息交互，包括系统工作参数设定，和返回成像单元工作状态。cmos成像组件2通过camlink数据接口向内嵌于计算机中的图像处理计算机发送图像数据。

cmos成像组件2、整合控制单元、图像处理计算机之间相互通讯连接。

参照图6，整合控制单元包括主处理器、图像接受模块、通讯模块、缓存模块及稳压模块。整合控制单元与图像处理计算机通讯，与cmos成像组件2通讯，能够接收控制指令，以对其工作模式、成像模式进行设置，能够将10片cmos芯片的图像数据整合与拼接处理后发送给图像处理计算机。

图像处理计算机内嵌于计算机中，其包括图像采集模块、图像存储模块、图像配准识别模块及数据处理模块。图像处理计算机用于接收和处理图像数据，并进行图像显示。采集到的图像经过整合后发送到图像处理计算机中，进行图像存储、比对、拼接等处理。

在一种实施例中，本发明的面向生物医学显微成像的大面阵探测系统，的工作流程包括：

1)载有样本的载片进入大面阵探测器本体的焦平面，获取到一幅成像条带，按照载片移动方向，将获取的一幅一幅的成像条带拼接凑成载片的全幅图像；

2)cmos成像组件2中的图像预处理模块对获得的图像进行拼接去渐晕处理和反卷积图像复原处理后传输至整合控制单元进行图像整合；

3)整合控制单元将整合后的图像传输至图像处理计算机，经图像配准识别模块配准、比对及数据处理模块处理后输出检测结果。

对于同一载片上的样本进行成像检测，能提高单次成像视场范围，缩短成像次数，从而缩短检测时长。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。