[发明专利]基于相机阵列的光场显微成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及显微成像技术领域，特别涉及一种基于相机阵列的光场显微成像系统及方法。

背景技术

LFM(Light field microscopy，光场显微)是一种无需扫描的三维计算成像方法，该方法能够同时记录透过显微样本光线的二维空间和二维角度的分布。根据空间-角度的数据可以计算合成重聚焦图像，从而进行灵活的景深调整，以及实现样本的三维体重建，因而在光学生物成像方面有着重要的应用。

目前，光场显微成像方式可以通过在光学显微镜中间级像平面上加入微透镜阵列的方式实现，使得传感器像素能够在单次曝光过程中采集光场的光线。然而，MALM(Microlens array based light field microscopy，基于微透镜阵列的光场显微)需要在传感器的空间分辨率和角度分辨率之间进行折中，导致所获得的图像空间分辨率相比原始的传感器分辨率降低了几个数量级。

相关技术中，为了解决光场显微空间分辨率降低的问题，例如可以通过3维反卷积的方法来提高三维体重建的空间分辨率，或者通过在波前额外增加相位掩膜编码的方法，从而消除轴向不均匀的空间分辨率，但是计算复杂度较高，成本较高；例如可以通过光圈扫描或者LED(Light Emitting Diode，发光二极管)扫描等方法获得整个传感器分辨率的数字重聚焦结果，但是易牺牲时间分辨率；例如可以通过引入样本先验信息从而计算重构出高分辨率光场，如光场矩成像的高斯角度分布假设，朗伯反射系数先验的光场超分辨率，通过学习过完备字典来利用其内在的冗余性方法，然而这些经验假设在显微成像中通常并不成立。因此，相关技术中的显微成像方法还是未能很好地解决光场显微空间分辨率低的问题，有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于相机阵列的光场显微成像系统，该显微成像系统能够提高空间分辨率，并且简单易实现。

本发明的另一个目的在于提出一种基于相机阵列的光场显微成像方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于相机阵列的光场显微成像系统，包括：显微镜，用于通过所述显微镜的相机引出口将显微样本放大到像平面；放大模块，用于根据所述像平面生成光圈平面；相机阵列，所述相机阵列中的每个相机具有成像透镜和传感器，所述相机阵列包括：成像透镜阵列，用于通过所述光圈平面获取所述显微样本在不同视角下的样本图像，且所述放大模块将所述光圈平面的尺寸与所述成像透镜阵列的尺寸匹配相一致；传感器阵列，所述传感器阵列中的每个传感器与所述成像透镜阵列中的每个成像透镜对应，所述每个传感器相应地记录与其对应的成像透镜获取的样本图像；以及控制器，所述控制器与所述相机阵列相连，对所述显微样本在不同视角下的所述样本图像进行校准同步采集和校准以获取所述显微样本的光场和/或光场视频。

根据本发明实施例提出的基于相机阵列的光场显微成像系统，通过相机阵列获取显微样本在不同视角下的样本图像，从而对显微样本在不同视角下的样本图像进行同步采集和光学校准以获取显微样本的高分辨率光场和光场视频，通过整合传感器整列记录的数据，实现高性能显微成像及应用，不但提高了空间分辨率，而且具有更大的灵活性，从而提高了用户的使用体验。

另外，根据本发明上述实施例的基于相机阵列的光场显微成像系统还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述相机阵列中的每个相机独立设置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述放大模块为两级中继系统，且所述两级中继系统包括：第一级中继透镜，所述第一级中继透镜根据所述像平面生成所述光圈平面；以及第二级中继透镜，所述第二级中继透镜将所述光圈平面放大至覆盖整个所述相机阵列的大小。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二中继透镜的数值孔径大于所述第一中继透镜的数值孔径。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过对准所述相机阵列、所述两级中继系统和所述相机引出口的光轴，并将所述每个相机的光轴汇聚对准到所述两级中继系统的第二级中继透镜的中心进行光学校准。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过采用主从服务器构架方式对各传感器之间进行同步采集。