[发明专利]一种高速立体三维多模态成像系统和方法

权利要求书

1.一种高速立体三维多模态成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：

分束器，用于产生两束角度不同的第一、第二近红外子超快脉冲激光光束，所述超快为飞秒级或皮秒级；

旋转角度分别可调的反射镜对，分别用于反射第一、第二近红外子超快脉冲激光光束；

紧聚焦透镜，用于紧聚焦第一、第二近红外子超快脉冲激光光束于三维微纳尺度样品上；

显微镜载物台，用于装载和三维移位三维微纳尺度样品；

成像透镜，用于收集在紧聚焦处理之后的第一、第二近红外子超快脉冲激光光束照射三维微纳尺度样品下三维微纳尺度样品散射产生的多模态非线性光谱信号，得到两幅二维图像；

大面积阵列探测器，用于同时探测两幅二维图像；

真三维成像模块，用于根据探测得到的两幅二维图像进行真三维成像。

2.一种高速立体三维多模态成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：

分束器，用于产生两束角度不同的第一、第二近红外子超快脉冲激光光束，所述超快为飞秒级或皮秒级；

旋转角度分别可调的反射镜对，分别用于反射第一、第二近红外子超快脉冲激光光束；

紧聚焦透镜，用于紧聚焦第一、第二近红外子超快脉冲激光光束于三维微纳尺度样品上；

显微镜载物台，用于装载和三维移位三维微纳尺度样品；

成像透镜，用于收集在紧聚焦处理之后的第一、第二近红外子超快脉冲激光光束照射三维微纳尺度样品下三维微纳尺度样品散射产生的多模态非线性光谱信号；

滤光片，用于从多模态非线性光谱信号选择单一光谱，得到单一光谱对应的单色二维图像；

大面积阵列探测器，用于同时探测两幅单一光谱对应的单色二维图像；

真三维成像模块，用于将两幅单一光谱对应的单色二维图像进行立体计算组合，获得一幅具有三维微纳尺度样品深度信息的三维图像。

3.如权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于，所述分束器为三面反射棱镜。

4.如权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于，根据三维微纳尺度样品特征，选择适用的光束波长范围、激光能量和相位匹配条件，使得在选择的光束照射下产生最强的信号光。

5.如权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于，显微镜载物台为纳米压电位移平台。

6.如权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统通过快速双边立体视觉算法，一次性获得三维微纳尺度样品深度信息。

7.一种高速立体三维多模态成像方法，其特征在于，所述成像方法包括以下步骤：

S1.将三维微纳尺度样品装载于显微镜载物台；

S2.选择多模态非线性光谱成像所需的激发光束；

S3.对选择的激光光束进行分光，得到两束角度不同的第一、第二近红外子超快脉冲激光光束，所述超快为飞秒级或皮秒级；

S4.将第一、第二近红外子超快脉冲激光光束分别通过旋转角度可调节的反射镜对，调节反射镜旋转角度，将反射后的第一、第二近红外子超快脉冲激光光束分别通过紧聚焦透镜照射于三维微纳尺度样品；

S5.调节显微镜载物台位置，使得三维微纳尺度样品处于紧聚焦透镜的焦平面处位置；

S6.收集在紧聚焦处理之后的第一、第二近红外子超快脉冲激光光束照射三维微纳尺度样品下三维微纳尺度样品散射产生的多模态非线性光谱信号，得到两幅二维图像，在大面积阵列探测器的最佳探测模式下，同时探测两幅二维图像；

S7.基于探测到的两幅二维图像，构建立体三维成像，同时获得三维微纳尺度样品的深度信息。

8.一种高速立体三维多模态成像方法，其特征在于，所述成像方法包括以下步骤：

S1.将三维微纳尺度样品装载于显微镜载物台；

S2.选择多模态非线性光谱成像所需的激发光束；

S3.对选择的激光光束进行分光，得到两束角度不同的第一、第二近红外子超快脉冲激光光束，所述超快为飞秒级或皮秒级；

S4.将第一、第二近红外子超快脉冲激光光束分别通过旋转角度可调节的反射镜对，调节反射镜旋转角度，将反射后的第一、第二近红外子超快脉冲激光光束分别通过紧聚焦透镜照射于三维微纳尺度样品；

S5.调节显微镜载物台位置，使得三维微纳尺度样品处于紧聚焦透镜的焦平面处位置；

S6.收集在紧聚焦处理之后的第一、第二近红外子超快脉冲激光光束照射三维微纳尺度样品下三维微纳尺度样品散射产生的多模态非线性光谱信号；

S7. 从多模态非线性光谱信号选择单一光谱，得到单一光谱对应的单色二维图像，在大面积阵列探测器的最佳探测模式下，同时探测两幅单一光谱对应的单色二维图像；

S8.将两幅单一光谱对应的单色二维图像进行立体计算组合，获得一幅具有三维微纳尺度样品深度信息的三维图像。