[发明专利]一种双通道结构光数字相衬显微成像系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双通道结构光数字相衬显微成像系统及其实现方法，属于显微成像技术领域。

背景技术

相衬成像技术是一种可以将物体不同位置的微小光程差转化成强度差的显微成像技术。从泽尼克1935年发明相衬显微镜开始（参考论文：F Zernik. Phase contrast, a new method for the microscopic observation of transparent objects. Physica, Vol.9, No.7），相衬显微技术在得到广泛的应用的同时，新的相衬成像技术也在不断的被提出。美国加州大学伯克利分校的伯克利国家实验室的Laura Waller课题组提出了基于阵列光源的结构光照明数字相衬技术，这种方法利用LED阵列或者其他的阵列光源装置，通过有序地控制阵列光源的发光形状得到不同照明方向的显微图像，通过数字相衬算法，合成数字相衬显微图像(参考论文：L Tian, L Waller. Quantitative differential phase contrast imaging in an LED array microscope. Optics Express, Vol.23, No.9和L Tian, J Wang, L Waller. 3D differential phase-contrast microscopy with computational illumination using an LED array. OPTICS LETTERS, Vol.39, No.5)。该方法相对以往的相衬成像方法来说，结构简单，便于自动化处理，可以快速的得到定量相衬图像。但是，这种方法由于受光源数字孔径的限制，对相位物体（细胞等）等成像效果不佳以及难以应用于反射数字相衬成像。近期，Laura Waller课题组又提出了一种可以在物体成像的频谱面进行调制的数字相衬成像技术，该方法的特点是可以在成像光的传输过程中对其进行调制，排除光源的发光不均匀等因素所带来对测量精度高的影响，为反射式相衬成像技术提供了更为有利的手段(参考论文：H Lu, J Chung, X Ou, C Yang. Quantitative phase imaging and complex field reconstruction by pupil modulation differential phase contrast. OPTICS EXPRESS, Vol.24, No.22)。但是，根据文献中的介绍，这种方法采用空间光调制器对成像光路中的频谱面的光进行调制，价格昂贵，空间光调制器的刷新速度限制了图像采集的帧率，不能应用于高速变化过程的相衬成像，此外还存在光的偏振态影响空间光调制器对光的调制效果的问题。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种双通道结构光数字相衬显微成像系统，通过分光器件和两个相机实现双通道同步控制与图像采集，并利用数据处理模块进行定量相位恢复算法运算，得到待测物体的定量相衬图。

本发明的技术方案如下：一种双通道结构光数字相衬显微成像系统，包括光源，扩束准直单元，分光器件，透镜组和两个相同的相机，其中，所述扩束准直单元用于将光源发出的发散光调整为平行光，并照射到待测物体上；所述分光器件、透镜组和两个相机构成两组对称的4f成像系统，得到两幅同步图像，用于计算实时明场显微图，差分相衬图以及定量相位图。

上述双通道结构光数字相衬显微成像系统，其中，所述分光器件为非偏振分光棱镜，包括两个出射光面，所述两个出射光面分别在两个4f成像系统的傅里叶频谱面，光束的光轴通过所述非偏振分光棱镜的两个出射面的中心。

上述双通道结构光数字相衬显微成像系统，其中，所述两个出射光面上各设有不透光不反射的遮光物，两个出射光面遮光物的形状和位置为对称互补关系。

上述双通道结构光数字相衬显微成像系统，其中，所述两个相机的感光芯片关于非偏振分光棱镜内部的倾斜分界面对称。

上述双通道结构光数字相衬显微成像系统，其中，所述扩束准直单元由两个透镜组成, 经扩束准直的平行光照射待测物体的方式为投射或反射。

上述双通道结构光数字相衬显微成像系统，其中，所述光源为发光光谱带宽为20nm的LED光源。

本发明的另一目的是提供一种上述双通道结构光数字相衬显微成像系统的实现方法，具体包括以下步骤：