[發(fā)明專利]一種原位浮游生物成像系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010525597.7
• 申請(qǐng)日: 2020-06-10
• 公開（公告）號(hào): CN111650157B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程雪岷;牛嘉琪;畢洪生;蔡中華;應(yīng)珂臻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳國際研究生院;深圳市綠洲光生物技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/45
• 分類號(hào): G01N21/45;G01N21/01;G06N3/00;G06T5/00;G06T5/20
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 孟學(xué)英

本發(fā)明提供一種原位浮游生物成像系統(tǒng)及方法，包括：照明單元、波前成像單元、圖像分析單元；照明單元，用于為波前成像單元提供照明；波前成像單元包括透鏡單元和采集單元；透鏡單元，用于對(duì)接受的光束進(jìn)行調(diào)制，得到光束中光線相位具有景深范圍內(nèi)一致性的光束，并傳輸給所述采集單元；包括兩個(gè)透鏡和透鏡之間的平行面板，平行面板朝向透鏡單元的一側(cè)設(shè)置干涉圖，用于對(duì)光束進(jìn)行相位調(diào)制；采集單元用于接收透鏡單元的光束并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換得到圖像數(shù)據(jù)，將圖像數(shù)據(jù)傳輸給所述圖像分析單元；圖像分析單元，用于接收采集單元的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，處理包括得到中間模糊圖像。通過加入相位掩模板獲得大景深范圍內(nèi)的清晰圖像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及浮游生物檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種原位浮游生物成像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

目前，海洋微小生物的觀測主要依賴于水下原位光學(xué)成像儀進(jìn)行圖像采集，結(jié)合數(shù)據(jù)處理方法對(duì)生物指標(biāo)及其它關(guān)注目標(biāo)進(jìn)行分析。通過對(duì)大量海測采集到的原位浮游生物圖像進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有較多景深外模糊成像由于丟失生物特征信息而無法進(jìn)行有效識(shí)別分類，大量信息的丟失嚴(yán)重影響了對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)估與預(yù)測效率，景深成為限制原位浮游生物成像系統(tǒng)發(fā)展的一項(xiàng)主要因素。

針對(duì)成像儀景深小效率低的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)水下光學(xué)成像儀的景深拓展方法主要有兩種：一種是通過減小成像系統(tǒng)相對(duì)孔徑來拓展景深，這種方法以犧牲光通量為代價(jià)，導(dǎo)致成像分辨率降低，極大地影響了成像效果；另一種是采用多點(diǎn)對(duì)焦圖像融合的方法，通過調(diào)整定焦鏡頭分別對(duì)焦物體不同切面獲得各切面的清晰圖像，再通過圖像處理技術(shù)將各切面圖像合成得到大景深的立體圖像，這種方法缺點(diǎn)是過度依賴于數(shù)字圖像處理算法，后期工作量非常大，且受噪聲影響而限制了景深拓展深度，很難進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)觀測。

所以，現(xiàn)有技術(shù)中缺乏一種成像質(zhì)量好的原位浮游生物成像系統(tǒng)。

以上背景技術(shù)內(nèi)容的公開僅用于輔助理解本發(fā)明的構(gòu)思及技術(shù)方案，其并不必然屬于本專利申請(qǐng)的現(xiàn)有技術(shù)，在沒有明確的證據(jù)表明上述內(nèi)容在本專利申請(qǐng)的申請(qǐng)日已經(jīng)公開的情況下，上述背景技術(shù)不應(yīng)當(dāng)用于評(píng)價(jià)本申請(qǐng)的新穎性和創(chuàng)造性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的問題，提供一種原位浮游生物成像系統(tǒng)及方法。

為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所述：

一種原位浮游生物成像系統(tǒng)，包括：照明單元、波前成像單元、圖像分析單元；所述照明單元，用于為所述波前成像單元提供照明；所述波前成像單元包括透鏡單元和采集單元；所述透鏡單元，用于對(duì)接受的光束進(jìn)行調(diào)制，得到所述光束中光線相位具有景深范圍內(nèi)一致性的光束，并傳輸給所述采集單元；包括兩個(gè)透鏡和所述透鏡之間的平行面板，所述平行面板朝向所述透鏡單元的一側(cè)設(shè)置干涉圖，用于對(duì)光束進(jìn)行相位調(diào)制；所述采集單元用于接收所述透鏡單元的光束并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換得到圖像數(shù)據(jù)，將所述圖像數(shù)據(jù)傳輸給所述圖像分析單元；所述圖像分析單元，用于接收所述采集單元的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，所述處理包括得到中間模糊圖像。

優(yōu)選地，所述平行面板朝向所述透鏡單元的一側(cè)設(shè)置的所述干涉圖依據(jù)相位掩膜版面型函數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

優(yōu)選地，所述相位掩膜版面型函數(shù)為：

f(x,y)＝α·x·exp(β·x²)+α·y·exp(β·y²)

其中，α和β表示相位掩膜版的面型參數(shù)，x和y表示光瞳處歸一化空間坐標(biāo)，所述相位掩膜版面型函數(shù)對(duì)x和y的一階偏導(dǎo)f_x和f_y為：

f_x＝α·exp(β·x²)+2·x²·α·β·exp(β·x²)

f_y＝α·exp(β·y²)+2·y²·α·β·exp(β·y²)