[发明专利]基于相机阵列的超光谱光片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超光谱光片光场显微成像系统及方法。

背景技术

相关技术，光片显微(LightSheetMicroscopy)使用相互垂直的照明光路和成像光路来提高成像质量。照明光路产生一薄层光束(光片)从侧面照明样本，成像光路对样本直接进行面成像，从而避免其他层的干扰，提高成像分辨率。光片显微采用面成像，其成像速度远高于共聚焦显微镜；同时，由于只有光片处的样本被照明，光毒性和光漂白对样本的影响大大降低。通过控制光片的位置，可以扫描样本，实现三维成像，在此过程中，通常需要移动样本或物镜以保证光片始终处于成像物镜的焦面上。

光场显微是一种无需扫描的三维计算成像方法，通过同时记录光线的二维空间和二维角度的分布，可以通过计算实现对图像的重聚焦，实现景深的扩展。目前，光场显微成像的方法主要有两种，一种是在显微镜的像平面上加入微透镜阵列，通过一个相机进行成像。这种方法需要在空间分辨率和角度分辨率之间进行折中，获得的图像分辨率远低于相机的分辨率。另一种方法是使用多个相机组成阵列，实现高空间分辨率的光场采集，通过对每个相机单独设置参数，还可以对不同的物理量进行测量。

在荧光成像中，常常会用多种荧光对不同物质进行标记，需要多光谱采集来进行有效的区分。对生物样本来说，光谱是其重要特征，可以在一定程度上反映样本的性质。同时在空间和光谱维度对样本进行成像具有重要的意义。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决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超光谱光片光场显微成像系统，该系统可以实现高性能显微成像，且系统空间分辨率高，进而具有较大的灵活性和扩展性。

本发明的另一个目的在于提出一种基于相机阵列的超光谱光片光场显微成像方法。

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超光谱光片光场显微成像系统，包括：照明模块，用于产生光片，并控制所述光片在z轴进行扫描；显微镜，用于将显微样本放大并通过相机引出口成像到像平面；成像平面的放大模块；成像透镜阵列，用于获取所述显微样本在不同视角下的样本图像；带滤波片的传感器阵列，所述传感器阵列的每个传感器与所述成像透镜阵列一一对应设置，以记录与其对应的成像透镜获取的样本图像空间信息和与其对应的滤波片获取的样本光谱信息；控制器，用于对所述样本图像的采集进行同步和校准，以获取光场视频和超光谱信息，并重建样本的三维图像和光谱成分，实现显微成像。

本发明实施例的基于相机阵列的超光谱光片光场显微成像系统，可以通过相机阵列对样本在不同视角和光谱下的图像进行同步采集，获取高分辨率的光场视频和超光谱信息，并根据采集到的信息重建样本的三维图像和光谱成分，从而实现高性能显微成像，且系统空间分辨率高，进而具有较大的灵活性和扩展性。

另外，根据本发明上述实施例的基于相机阵列的超光谱光片光场显微成像系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述放大模块包括：第一级中继透镜，用于根据所述像平面生成光圈平面；第二级中继透镜，用于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，所述第二级中继透镜的数值孔径要大于所述第一级中继透镜的数值孔径。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述相机阵列、所述第一级中继透镜、所述第二级中继透镜和所述相机引出口进行光学校准，所述相机阵列的所有相机的光轴汇聚所述第二级中继透镜的中心，中心相机、所述放大模块和所述相机引出口的光轴一致。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述相机阵列中，每个传感器配有可见光波段滤波片，且透过率曲线各不相同，每个相机的参数均独立设置且保持一致。

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

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述照明模块通过高压汞灯和柱透镜产生所述光片，并通过阵镜和透镜组控制所述光片在z轴进行扫描。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于相机阵列的超光谱光片光场显微成像方法，包括以下步骤：