[发明专利]偏振式动态实时体视显微成像装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学显微立体成像技术领域，特别是一种偏振式动态实时体视显微成像装置及方法。

背景介绍

人眼具有立体视觉的效果，可以区分物体的前后、远近，这是由于人类感知自然深度是由于左、右眼观看真实世界有轻微的差异造成的。立体视觉来源于“视差”，人的双眼有4—6cm的距离，观看物体时，左眼看到物体左侧面的成分较多，右眼看到物体右侧面的成分较多，所以实际上我们看到物体时两只眼睛中的图像是有差别的，这个差别被称为“视差”。大脑具有解读视差的能力，这两个有差异的图像经过大脑综合以后就能区分物体的深度层次关系，从而产生立体视觉，我们看到的是有景深的图像，这就是人眼立体视觉的原理。一般来说，图像的视差值越大，立体感越强，即在表现同一物体时，两台相机模拟人眼距离越大，立体感越强。但距离不可无限增大，因为当距离无限增大时，不再满足获得立体视觉效果的条件，不可为双眼提供具有一定深度信息的视差，从而不能形成立体视觉。传统立体显微镜由一个共用的初级物镜对物体成像后，经过两组倍率可以调节的中间物镜组分开，然后经过角度12-15°的目镜组成像，这样的话便可以为左右眼分别提供角度不同的图像，经过大脑的综合处理后，人眼看到的就是一幅有景深的立体视觉图像。

传统的立体显微镜优点很明显：使用方便，操作简便。但是它存在的问题也是无法弥补的：(1)焦深和体视角是不可调的，由于人眼瞳距个体差异，人眼的体视角不一样，这样会导致个人观看效果的不理想；(2)双通道光路不仅使仪器笨重而且成本也会加大；(3)成像视野小，成像质量较差，不可以动态实时观看到物体的详细信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种装置简单、颜色效果好、焦深和体视角均可灵活调整的偏振式动态实时体视显微成像装置及方法，实现对样品的动态实时观看，提升观察者体验度。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种偏振式动态实时体视显微成像装置，包括P4系列LED阵列、样品载物台、显微物镜、镜筒透镜、摄像机、偏振式3D显示器、 计算机和偏振式3D眼镜；其中P4系列LED阵列、样品载物台、显微物镜、镜筒透镜、摄像机从下至上依次设置，且P4系列LED阵列的中心位于显微物镜、镜筒透镜的中心轴线上；P4系列LED阵列和摄像机的控制端均与计算机连接，摄像机的输出端接入偏振式3D显示器；

将待成像的样品置于样品载物台，计算机向P4系列LED阵列发送触发信号，使P4系列LED阵列交替产生两个圆形照明光，照明光透过样品载物台被显微物镜收集，显微物镜将收集的照明光进行放大成像后入射至镜筒透镜，计算机向驱动摄像机发送触发信号以驱动摄像机对穿过镜筒透镜的样品图像进行采样，摄像机将采集的样品图像输入偏振式3D显示器进行显示，观察者通过佩戴偏振式3D眼镜观看偏振式3D显示器即可实时观看到样品图像的立体显微结构。

一种基于所述装置的偏振式动态实时体视显微成像方法，步骤如下：

步骤1，将待成像的样品置于样品载物台，计算机向P4系列LED阵列发送触发信号，使P4系列LED阵列交替产生两个圆形照明光；

步骤2，步骤1产生的照明光透过样品载物台被显微物镜收集，显微物镜将收集的照明光进行放大成像后入射至镜筒透镜；

步骤3，计算机向驱动摄像机发送触发信号以驱动摄像机对穿过镜筒透镜的样品图像进行采样，得到分别对应于两个圆形照明光的显微样品图像；

步骤4，摄像机将步骤3拍摄到的两个显微样品图像输入偏振式3D显示器分别作为左、右眼图像进行显示；

步骤5，观察者通过佩戴偏振式3D眼镜观看偏振式3D显示器即可实时观看到样品图像的立体显微结构。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)P4系列LED阵列的使用，取代了传统立体显微镜的双光路，简化了系统设计，不仅使成像系统简便而且有效降低成本；(2)通过采用LED阵列作为照明光源，具有系统本身的光源，受外界干扰较小，观察条件的限制性降低，在暗背景下能够进行观看；(3)通过控制P4系列LED阵列上的圆形照明光源的半径r和圆心距离d分别实现对焦深和体视角的灵活可调；(4)将摄像机采集到的图像传到偏振式3D显示器上，从而可以实现对样品立体结构的动态实时清晰观看，提升观察者体验度。

附图说明

图1是本发明偏振式动态实时体视显微成像装置的结构示意图。