[發(fā)明專利]一種高速立體三維多模態(tài)成像系統(tǒng)和方法

有效

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• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110824684B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王帆;方揚(yáng)欽;周琳琳;付歡歌
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G02B21/08
• 分類號: G02B21/08;G02B21/26;G02B21/22;G02B21/36;G06T17/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種高速立體三維多模態(tài)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述成像系統(tǒng)包括：

分束器，用于產(chǎn)生兩束角度不同的第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束，所述超快為飛秒級或皮秒級；

旋轉(zhuǎn)角度分別可調(diào)的反射鏡對，分別用于反射第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束；

緊聚焦透鏡，用于緊聚焦第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束于三維微納尺度樣品上；

顯微鏡載物臺，用于裝載和三維移位三維微納尺度樣品；

成像透鏡，用于收集在緊聚焦處理之后的第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束照射三維微納尺度樣品下三維微納尺度樣品散射產(chǎn)生的多模態(tài)非線性光譜信號，得到兩幅二維圖像；

大面積陣列探測器，用于同時探測兩幅二維圖像；

真三維成像模塊，用于根據(jù)探測得到的兩幅二維圖像進(jìn)行真三維成像。

2.一種高速立體三維多模態(tài)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述成像系統(tǒng)包括：

分束器，用于產(chǎn)生兩束角度不同的第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束，所述超快為飛秒級或皮秒級；

旋轉(zhuǎn)角度分別可調(diào)的反射鏡對，分別用于反射第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束；

緊聚焦透鏡，用于緊聚焦第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束于三維微納尺度樣品上；

顯微鏡載物臺，用于裝載和三維移位三維微納尺度樣品；

成像透鏡，用于收集在緊聚焦處理之后的第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束照射三維微納尺度樣品下三維微納尺度樣品散射產(chǎn)生的多模態(tài)非線性光譜信號；

濾光片，用于從多模態(tài)非線性光譜信號選擇單一光譜，得到單一光譜對應(yīng)的單色二維圖像；

大面積陣列探測器，用于同時探測兩幅單一光譜對應(yīng)的單色二維圖像；

真三維成像模塊，用于將兩幅單一光譜對應(yīng)的單色二維圖像進(jìn)行立體計算組合，獲得一幅具有三維微納尺度樣品深度信息的三維圖像。

3.如權(quán)利要求1或2所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述分束器為三面反射棱鏡。

4.如權(quán)利要求1或2所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)三維微納尺度樣品特征，選擇適用的光束波長范圍、激光能量和相位匹配條件，使得在選擇的光束照射下產(chǎn)生最強(qiáng)的信號光。

5.如權(quán)利要求1或2所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，顯微鏡載物臺為納米壓電位移平臺。

6.如權(quán)利要求1或2所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述成像系統(tǒng)通過快速雙邊立體視覺算法，一次性獲得三維微納尺度樣品深度信息。

7.一種高速立體三維多模態(tài)成像方法，其特征在于，所述成像方法包括以下步驟：

S1.將三維微納尺度樣品裝載于顯微鏡載物臺；

S2.選擇多模態(tài)非線性光譜成像所需的激發(fā)光束；

S3.對選擇的激光光束進(jìn)行分光，得到兩束角度不同的第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束，所述超快為飛秒級或皮秒級；

S4.將第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束分別通過旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)節(jié)的反射鏡對，調(diào)節(jié)反射鏡旋轉(zhuǎn)角度，將反射后的第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束分別通過緊聚焦透鏡照射于三維微納尺度樣品；

S5.調(diào)節(jié)顯微鏡載物臺位置，使得三維微納尺度樣品處于緊聚焦透鏡的焦平面處位置；

S6.收集在緊聚焦處理之后的第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束照射三維微納尺度樣品下三維微納尺度樣品散射產(chǎn)生的多模態(tài)非線性光譜信號，得到兩幅二維圖像，在大面積陣列探測器的最佳探測模式下，同時探測兩幅二維圖像；

S7.基于探測到的兩幅二維圖像，構(gòu)建立體三維成像，同時獲得三維微納尺度樣品的深度信息。

8.一種高速立體三維多模態(tài)成像方法，其特征在于，所述成像方法包括以下步驟：

S1.將三維微納尺度樣品裝載于顯微鏡載物臺；

S2.選擇多模態(tài)非線性光譜成像所需的激發(fā)光束；

S3.對選擇的激光光束進(jìn)行分光，得到兩束角度不同的第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束，所述超快為飛秒級或皮秒級；

S4.將第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束分別通過旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)節(jié)的反射鏡對，調(diào)節(jié)反射鏡旋轉(zhuǎn)角度，將反射后的第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束分別通過緊聚焦透鏡照射于三維微納尺度樣品；

S5.調(diào)節(jié)顯微鏡載物臺位置，使得三維微納尺度樣品處于緊聚焦透鏡的焦平面處位置；

S6.收集在緊聚焦處理之后的第一、第二近紅外子超快脈沖激光光束照射三維微納尺度樣品下三維微納尺度樣品散射產(chǎn)生的多模態(tài)非線性光譜信號；

S7. 從多模態(tài)非線性光譜信號選擇單一光譜，得到單一光譜對應(yīng)的單色二維圖像，在大面積陣列探測器的最佳探測模式下，同時探測兩幅單一光譜對應(yīng)的單色二維圖像；

S8.將兩幅單一光譜對應(yīng)的單色二維圖像進(jìn)行立體計算組合，獲得一幅具有三維微納尺度樣品深度信息的三維圖像。