[發(fā)明專利]穿透散射介質(zhì)的快速三維成像系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710053613.5
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106842539A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴瓊海;熊博;吳嘉敏
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G02B21/36
• 分類號: G02B21/36;G02B21/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11201
• 代理人: 張潤

1.一種穿透散射介質(zhì)的快速三維成像系統(tǒng)，其特征在于，包括：

照明模塊，用于產(chǎn)生可見光譜段的線偏振光并通過顯微鏡物鏡照射半透明顯微樣本；

顯微鏡，用于通過顯微鏡的相機引出口將顯微樣本放大到像平面，其中，內(nèi)含兩塊三棱柱樹脂粘合而成的分光鏡；

液晶可調(diào)濾光片，用于選擇性透過成像光線中的部分頻譜，觀察窄帶寬可見光成像，其中，內(nèi)含偏振片，可調(diào)節(jié)至偏振方向與樣本入射光偏振方向垂直的方向，過濾樣本表面保持原偏振性的反射光；

放大模塊，用于根據(jù)所述像平面生成光圈平面；

相機陣列，所述相機陣列中的每個相機具有成像透鏡和傳感器，所述相機陣列包括：

成像透鏡陣列，用于通過所述光圈平面獲取所述顯微樣本在不同視角下的樣本圖像，且所述放大模塊將所述光圈平面的尺寸與所述成像透鏡陣列的尺寸匹配相一致；

傳感器陣列，所述傳感器陣列中的每個傳感器與所述成像透鏡陣列中的每個成像透鏡對應(yīng)，所述每個傳感器相應(yīng)地記錄與其對應(yīng)的成像透鏡獲取的樣本圖像；以及

控制器，所述控制器與所述相機陣列相連，對所述顯微樣本在不同視角下的所述樣本圖像進行同步采集和光學(xué)校準以獲取所述顯微樣本的多視角圖像和/或視頻。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿透散射介質(zhì)的快速三維成像系統(tǒng)，其特征在于，所述相機陣列中的每個相機獨立設(shè)置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿透散射介質(zhì)的快速三維成像系統(tǒng)，其特征在于，所述放大模塊為兩級中繼系統(tǒng)，且所述兩級中繼系統(tǒng)包括：

第一級中繼透鏡，所述第一級中繼透鏡根據(jù)所述像平面生成所述光圈平面；以及

第二級中繼透鏡，所述第二級中繼透鏡將所述光圈平面放大至覆蓋整個所述相機陣列的大小。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的穿透散射介質(zhì)的快速三維成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第二中繼透鏡的數(shù)值孔徑大于所述第一中繼透鏡的數(shù)值孔徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的穿透散射介質(zhì)的快速三維成像系統(tǒng)，其特征在于，通過對準所述相機陣列、所述兩級中繼系統(tǒng)和所述相機引出口的光軸，并將所述每個相機的光軸匯聚對準到所述兩級中繼系統(tǒng)的第二級中繼透鏡的中心進行光學(xué)校準。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿透散射介質(zhì)的快速三維成像系統(tǒng)，其特征在于，通過采用主從服務(wù)器構(gòu)架方式對各傳感器之間進行同步采集。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿透散射介質(zhì)的快速三維成像系統(tǒng)，其特征在于，照明模塊能夠產(chǎn)生所有包含所有可見光頻率的光。

8.一種穿透散射介質(zhì)的快速三維成像方法，其特征在于，其中，相機陣列中的每個相機具有成像透鏡和傳感器，所述相機陣列包括成像透鏡陣列和傳感器陣列，所述方法包括以下步驟：

通過調(diào)節(jié)照明模塊中偏振片1，其偏振方向和液晶可調(diào)濾光片中偏振片偏振方向垂直；

通過顯微鏡的相機引出口將顯微樣本放大到像平面；

通過內(nèi)含偏振片的液晶可調(diào)濾光片過濾從相機引出口出射的光線，保留特定頻譜下顯微樣本深層反射的去偏散射光；

根據(jù)所述過濾后的像平面生成光圈平面，并且將所述光圈平面的尺寸與所述成像透鏡陣列的尺寸匹配相一致；

所述成像透鏡陣列通過所述光圈平面獲取所述顯微樣本在不同視角下的樣本圖像；

所述傳感器陣列中每個傳感器相應(yīng)地記錄與其對應(yīng)設(shè)置的相機獲取的樣本圖像；

對所述顯微樣本在不同視角下的所述樣本圖像進行同步采集和光學(xué)校準以獲取所述半透明顯微樣本的不同視角的圖像和/或視頻；

利用三維解卷積方法對不同視角下獲得的圖像進行處理，獲取顯微樣本內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的穿透散射介質(zhì)的快速三維成像方法，其特征在于，所述相機陣列中的每個相機獨立設(shè)置，且相機參數(shù)需設(shè)置相同。

10.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的穿透散射介質(zhì)的快速三維成像方法，其特征在于，所述根據(jù)所述像平面生成光圈平面，并且將所述光圈平面的尺寸與所述成像透鏡整列的尺寸匹配相一致具體包括：

根據(jù)所述像平面生成所述光圈平面；以及

將所述光圈平面放大至覆蓋整個所述成像透鏡陣列的大小。