[发明专利]一种高光谱显微偏振成像装置与方法

说明书

本发明公开了一种高光谱显微偏振成像装置及方法。该装置包括：显微成像装置，对样品进行放大成像观测，获取样品不同测量条件下的图像；光谱滤波装置，对入射光路的光波长进行筛选，并且能进行连续的单波段的选择；偏振调制装置，对带有样品偏振信息的光波进行调制；图像处理单元，对光强图像进行处理计算得到样品的单波段偏振参数图像。方法为：光源经光谱滤波装置滤波后入射到样品上；控制偏振片进行三次转动，并分别采图；采集到的图像经图像处理单元处理，得到单波长下样品的偏振数据立方体；光谱滤波装置筛选下一个中心波长，重复进行偏振片的转动及采图，直到每个波段都采样完毕，得到样品偏振光谱数据集。本发明光路简单、成本低、测量信息全面。

技术领域

本发明涉及显微光谱成像技术领域，特别是一种高光谱显微偏振成像装置与方法。

背景技术

从19世纪60年代起，光谱学便被用于物质的定性定量分析，经过一百多年的发展，光谱分析技术逐渐成熟并用于各个领。但是直到20世纪80年代，才将光谱技术与二维成像技术结合，产生了光谱成像技术即图谱合一。该技术主要用于遥感领域，目前也渐渐扩展到农业、矿物、考古、显微成像等领域。

现有显微光谱系统是根据推帚式成像光谱仪的原理，采用棱镜-光栅-棱镜组合元件在后光学系统进行光谱分光，利用高精度载物台自动装置驱动样品进行推扫成像，设计出一种基于棱镜-光栅-棱镜组合分光方式的显微高光谱成像系统，能够提供微小物体在可见光范围的单波段显微图像，而且能够获得图像中任一像素的光谱曲线，实现了光谱技术和显微成像技术的结合，成功的将成像光谱技术应用到显微领域。但是该系统需要进行机械推扫，CCD上只能得到样品空间一维的图像，后期需要图像拼接才能得到完整的二维图像，这会引起图像空间较大的变形，尤其是在显微成像领域，样品局部经过显微物镜和成像透镜放大后，微小的空间误差都会引起较大的图像变形。目前也有用不需要推扫的液晶可调谐滤光器和声光可调滤光器，一次采图能得到样品的单波段二维图像信息，在显微成像领域比较适用，但是它们在后光学系统即成像光路处进行光谱分光，这样容易引入光学误差，对后面本来匹配好的成像镜头与CCD相对位置带来影响。

物体的偏振检测技术也由来已久。偏振成像技术主要是利用CCD上探测的光强反演获得物质出本身偏振参数，用这些参数进行成像的方法。但是现有偏振技术用的是全波段的偏振，并没有考虑不同单波段对偏振的影响，偏振特性会受到波长的影响，从而可以形成偏振波谱，物体的各种信息包含在这些偏振特性中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光路简单、成本低、测量信息全面的高光谱显微偏振成像装置和方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高光谱显微偏振成像装置，包括显微成像装置、光谱滤波装置、偏振调制装置和图像处理单元，其中：

显微成像装置，对样品进行放大成像观测，获取样品不同测量条件下的图像；

光谱滤波装置，对入射光路的光波长进行筛选，控制输出的中心波长，并且能进行连续单波段的输出或者选择特定的波段输出；

偏振调制装置，控制偏振片进行角度旋转，对带有样品偏振信息的光波进行调制；

图像处理单元，对光强图像进行计算反演，得到样品的单波段偏振参数图像。

进一步地，所述显微成像装置的测量条件包括透射式显微镜或反射式显微镜或两种的结合。

进一步地，所述光谱滤波装置采用声光可调滤光器AOTF或液晶可调滤光器LCTF，且光谱滤波装置置于光源后，即入射光路处，进行光谱分光。

进一步地，所述偏振调制装置中偏振片在每个波段旋转三个角度。

进一步地，所述图像处理单元根据偏振片旋转角度与光强的关系，对光强图进行计算反演，得到样品的斯托克斯参数图像。