[發明專利]一種實時三維顯微成像裝置及方法

在審

• 申請號: 202011156312.3
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112509111A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 尹飛;汪韜;閆欣;何凱;高貴龍;田進壽
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G02B30/27
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 董娜

本發明提供一種實時三維顯微成像裝置及方法，解決現有三維掃描成像方法，存在掃描周期較長，不能實時將目標物體三維結構記錄并呈現的問題。該裝置包括編碼板、多焦點透鏡、光學顯微成像系統、成像面接收機構、計算機；編碼板用于將待測物體三維信息進行空間編碼；多焦點透鏡包括N個透鏡區域，N個透鏡區域光軸平行且焦距不同；多焦點透鏡N個透鏡區域對編碼后三維信息按照不同景深進行成像，獲得待測物體不同深度的二維圖像；光學顯微成像系統對不同深度二維圖像進行優化；成像面接收機構接收光學顯微成像系統優化后的二維圖像，且不同深度成像于成像面接收機構不同位置；計算機實時對成像面接收機構獲取的圖進行解調及重構，獲得重構三維圖像。

技術領域

本發明涉及三維顯微成像技術，具體涉及一種實時三維顯微成像裝置及方法，針對透明、半透明物體，特別是細胞及細胞簇。

背景技術

三維顯微成像探測在醫療、生物以及微加工等方面具有重要的作用。目前，傳統三維掃描成像方法一般采用逐層掃描成像，通過對目標物體(細胞、組織或其他微小樣本)不同深度切面進行成像，再利用計算機重構得到目標物體的三維結構。如，激光共聚焦顯微鏡三維成像模式，就是通過高精度Z軸方向移動(Z軸方向為目標物體深度方向)，得到不同深度顯微照片，再通過計算機合成技術，形成目標物體的三維結構圖像。

傳統三維掃描成像方法，由于存在掃描過程，掃描周期較長，且不能實時將目標物體的三維結構記錄并呈現，在醫療和生物學方面，無法滿足如活體細胞等隨時間變化的微小物體測量。

發明內容

為了解決現有三維掃描成像方法，存在掃描周期較長，不能實時將目標物體三維結構記錄并呈現的技術問題，本發明提供了一種實時三維顯微成像裝置及方法，能夠實時記錄微小物體的三維結構，并通過解算及計算機三維重構技術實現對微小物體，如細胞結構的實時記錄。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種實時三維顯微成像裝置，其特殊之處在于：包括沿光路依次設置的編碼板、多焦點透鏡、光學顯微成像系統和成像面接收機構，以及與成像面接收機構相連的計算機；

所述編碼板用于將待測物體的三維信息進行空間編碼；

所述多焦點透鏡包括N個透鏡區域，N為大于等于2的整數，N個透鏡區域的光軸平行，且N個透鏡區域的焦距不同；多焦點透鏡的N個透鏡區域分別用于對編碼后的三維信息按照不同景深進行成像，獲得待測物體不同深度的二維圖像；

所述光學顯微成像系統用于對不同深度二維圖像進行優化，所述優化包括消色差處理和消像差處理；

所述成像面接收機構用于接收光學顯微成像系統優化后的二維圖像，且不同深度成像于成像面接收機構的不同位置，獲得待測物體不同深度圖像的重疊圖；

所述計算機用于實時對成像面接收機構獲取的重疊圖進行解調及重構，獲得重構三維圖像。

進一步地，所述成像面接收機構為CCD或CMOS或熒光屏。

進一步地，所述編碼板是一塊由透光區域、不透光區域相互交疊構成的空間編碼器，其編碼單元為方形。

進一步地，所述多焦點透鏡由N個透鏡區域拼粘而成。

同時，本發明提供了一種基于上述實時三維顯微成像裝置的實時三維顯微成像方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

步驟一、將待測物體放置在編碼板前側；

步驟二、編碼板對待測物體發出的光信號進行編碼；

步驟三、多焦點透鏡的N個透鏡區域對編碼后的信息按照不同景深進行成像；

步驟四、光學顯微成像系統對多焦點透鏡所成像進行優化，在成像面接收機構上不同位置形成清晰的二維圖像；