[發(fā)明專利]LED陣列光源、無透鏡顯微鏡及圖像處理方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811287643.3
• 申請(qǐng)日: 2018-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN109270670A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理鑫光學(xué)科技有限公司
• 主分類號(hào): G02B21/00
• 分類號(hào): G02B21/00;G02B21/06;G02B21/36
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發(fā)明提供一種LED陣列光源、無透鏡顯微鏡及圖像處理方法，用于對(duì)密集樣本進(jìn)行無掩模成像，可以在大視野內(nèi)實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)的分辨率，具有低成本，設(shè)計(jì)緊湊的特點(diǎn)。通過記錄不同距離(樣本到傳感器的距離)的全息光強(qiáng)度分布，用算法恢復(fù)全息光場(chǎng)的相位分布，從而得到光經(jīng)過樣品后的全息光場(chǎng)復(fù)振幅分布，進(jìn)而可以得到包括物面在內(nèi)的任意位置的光場(chǎng)分布。成像過程不需要使用物鏡，成像范圍近似等于傳感器尺寸，比傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡視場(chǎng)大數(shù)百倍，可廣泛用于各種生物切片等樣本的快速亞微米顯微成像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)成像領(lǐng)域，特別是涉及一種LED陣列光源、無透鏡顯微鏡及圖像處理方法。

背景技術(shù)

光學(xué)顯微鏡應(yīng)用于物理科學(xué)在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域，包括工程學(xué)，生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等。然而，現(xiàn)有的光學(xué)顯微鏡仍然體積龐大且價(jià)格昂貴，這使得它很大程度局限在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中。

通過建立基于計(jì)算的顯微鏡(如全息成像)替代傳統(tǒng)的顯微鏡，可以達(dá)到成本低，設(shè)計(jì)簡單緊湊，并可以在野外甚至偏遠(yuǎn)地區(qū)使用的目的。

最近的一個(gè)發(fā)展方向是，無透鏡超分辨全息顯微鏡，它能在一個(gè)大的視野范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)亞微米空間分辨率。它的工作原理是，使用多個(gè)光源，在距離為3cm～6cm的地方，實(shí)現(xiàn)無透鏡數(shù)字在線全息技術(shù)。

樣品平面在給定的時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)光源照亮了物體，在CMOS傳感器芯片上投射出了在線全息圖。由于對(duì)象放置在非常靠近傳感器芯片的位置(大約1mm～2mm)，所以傳感器的整個(gè)活動(dòng)區(qū)域成為我們的圖像視場(chǎng)。但不幸的是，由于CMOS芯片的像素尺寸有限(大約2μm～3μm)，所以這些全息衍射特征采樣不足，并且這個(gè)超分辨(SR)在線全息圖仍然受到雙圖像偽影的困擾。

在之前的工作中，使用了基于迭代對(duì)象支持的相位恢復(fù)方法來消除雙圖像偽影，創(chuàng)造了樣品的廣域顯微鏡圖像。這種偽影消除方法需要在圖像視場(chǎng)中輸入對(duì)象的位置估計(jì)，為此，一個(gè)簡單的閾值或分割算法就可以用來自動(dòng)估計(jì)對(duì)象的位置(創(chuàng)建對(duì)象支持)以獲得相對(duì)稀疏的樣本。然而，對(duì)于密集的樣本卻很難估計(jì)，這在去除偽影的工作中也具有挑戰(zhàn)性。

因此，如何解決密集樣本的雙圖像偽影困擾，提高顯示精度，實(shí)現(xiàn)密集樣本的超分辨顯微成像已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種LED陣列光源、無透鏡顯微鏡及圖像處理方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中密集樣本難以估計(jì)，精度低等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種LED陣列光源，至少包括：

多個(gè)呈陣列排布的發(fā)光單元，各發(fā)光單元均包括LED、聚光透鏡及光纖；

其中，所述聚光透鏡設(shè)置于所述LED的發(fā)光側(cè)，對(duì)所述LED發(fā)出的光進(jìn)行會(huì)聚；所述光纖設(shè)置于所述聚光透鏡的聚光側(cè)，用于接收并傳輸所述LED發(fā)出的光。

優(yōu)選地，所述LED陣列光源至少包括4個(gè)光源。

更優(yōu)選地，所述LED陣列光源為4*4的陣列。

更優(yōu)選地，各光纖之間的間距設(shè)定為50μm～150μm。

更優(yōu)選地，各光纖的直徑設(shè)定為80μm～120μm。

更優(yōu)選地，各LED的光譜照明帶寬為5nm～10nm。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種無透鏡顯微鏡，至少包括：

上述LED陣列光源，樣品臺(tái)及圖像傳感器；

所述LED陣列光源中的發(fā)光單元逐個(gè)點(diǎn)亮，用于提供不同位置的光源，所述LED陣列光源的出光面朝向所述樣品臺(tái)及所述圖像傳感器；