[发明专利]曲面显微成像系统及其成像方法

说明书

本申请涉及光学元件技术领域，特别涉及一种曲面显微成像系统及其成像方法，成像系统包括：变焦组件用于将显微成像焦面调整至对应焦面；时空照明调制组件用于在变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域；探测光调制组件用于探测成像区域，采集所有平面的聚焦面信号；信号同步组件用于确定变焦组件、时空照明调制组件及探测光调制组件之间的时序关系，并同步采集时序；采集与图像处理组件，用于在采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。由此，通过采用时分复用、快速变焦和空间光调制实现高速度的曲面建模及成像，保证一定分辨率下曲面信号的高速获取，适用于活体深层组织时间序列成像。

技术领域

本申请涉及光学元件技术领域，特别涉及一种曲面显微成像系统及其成像方法。

背景技术

显微成像系统是连接宏观和微观世界的桥梁，常规显微成像系统将一个平面的样本面映射到一个平面探测器上，要求探测的样本面具有严格的平面切面。自然界中绝大多数样本具有复杂的曲面形状，为了在显微镜下观测，需要对样本进行切片；但对于活体样本而言，切片可能对样本造成严重损害。

相关技术中，对曲面形状进行观测通常需要进行三维成像，主要包括以下几种实现方式：基于轴向扫描的层析技术、多平面探测技术和光场探测技术。其中，轴向扫描技术通常使用压电位移台、电动调焦透镜等元件实现多个轴向位置的采集来获得三维信息；多平面探测技术通过相位调制等手段实现多个平面的同时成像，并保持成像的时空分辨率；光场探测技术通过单张图像重建三维图像，可以保持时间分辨率。

然而，轴向扫描的层析技术观测的时间分辨率受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制；多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，观测视场会平面数量的增多而减小；光场探测技术空间分辨率较差，且需要较长的时间实现三维图像的重建，亟待解决。

发明内容

本申请提供一种曲面显微成像系统及其成像方法，以通过采用时分复用、快速变焦和空间光调制实现高速度的曲面建模及成像，解决了相关技术中轴向扫描的层析技术受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制，多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，光场探测技术空间分辨率较差，且需要较长的时间的问题，保证一定分辨率下曲面信号的高速获取，适用于活体深层组织时间序列成像。

本申请第一方面实施例提供一种曲面显微成像系统，包括：

变焦组件，用于将显微成像焦面调整至对应焦面；

时空照明调制组件，用于在所述变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域；

探测光调制组件，用于探测所述成像区域，采集所有平面的聚焦面信号；

信号同步组件，用于确定所述变焦组件、所述时空照明调制组件及所述探测光调制组件之间的时序关系，并同步采集时序；以及

采集与图像处理组件，用于在所述采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所述所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。

可选地，所述变焦组件包括：

变焦元件，用于改变显微成像焦面，直至采集完所有平面的焦面的聚焦面信号；

转盘，用于将所述变焦元件的位置切换至对应焦面的位置；

第一同步设备，用于接收所述信号同步组件的时序信号，并发送所述转盘的位置编码信号至所述采集与图像处理组件。

可选地，所述时空照明调制组件包括：

光源；

时空光场调制设备，用于不同时间给光场对应的照亮强度和相位调制；

透镜，用于把所述目标的发射光映射到所述探测光调制组件及相机平面；