[发明专利]基于光片显微与单像素成像的显微层析成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及物理光学和计算摄像学技术领域，具体涉及一种基于光片显微与单像素成像的显微层析成像装置。

背景技术

光学显微镜是一种光学仪器，主要用于放大微小物体(纳米-微米级别)，从而使人们能够观测到用肉眼无法看到的微观结构(如细胞、病毒等)。光学显微镜包括多种类型，用于各类不同的研究目的，常见的有普通光学显微镜与荧光显微镜。其中，荧光显微镜利用免疫荧光技术，使用荧光素标记技术来标定目标。当一定波长的入射光照射在样本上时，荧光素会由于原子的能级跃迁从而发出荧光，从而使得肉眼不可见的样本变为可见。借助于化学材料领域的高速发展，现在几乎所有的可见光谱段都有对应的各种荧光标记物可供选择。因此，荧光显微镜已经成为生物学家重要的成像工具，实现了在生命科学领域的广泛应用。

光片显微技术是一种三维层析荧光显微成像方法。技术上，光片显微技术通过对光照端的入射光进行空间调制，通过一个薄层光片从侧面照明样品，激发样品深度的一个薄层，该薄层受激发后发射的荧光沿着垂直于照明平面的光轴在样品的上方或下方采集。通过这样的照明方法，照明平面的上部和下部的荧光分子都不会被激发产生荧光。最后通过扫描不同深度的图像，实现显微三维深度层析成像。该技术采用宽场照明，因此具有较高的成像时间分辨率；采用光片照明，具有较高的深度分辨率，同时对生物样本具有极小的光损伤和光漂白。因此光片显微被广泛应用于生命科学领域观测三维样本，实现显微层析成像。

然而，当深度到达一定程度后，光片显微技术无法探测更深的样本层析图像。这是由于虽然该深度样本可以在侧面被光片照明，但被激发的荧光经过其他样品层的散射，到达探测器时畸变已经十分严重。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于光片显微与单像素成像的显微层析成像装置，可以提高成像质量。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种基于光片显微与单像素成像的显微层析成像装置，包括：光片，用于照射样本；探测器，用于对所述光片照射所述样本后形成图像；聚焦透镜，所述聚焦透镜设置所述样本和所述光电二极管之间，用于将通过所述样本的光聚焦在所述探测器上；重构模块，用于根据所述图像进行重构得到所述样本的图像；其中，通过对所述光片进行多次调制，对应地在所述探测器形成多个图案，所述重构模块通过对所述多个图案及对应的一维测量值，使用重构算法重构所述样本的图像。

进一步地，使用柱透镜直接调制方法或者贝塞尔函数调制方法将入射光调制成所述光片。

进一步地，通过改变扫描函数、使用DMD芯片或者声光可调谐滤波器将所述光片调制成所述多个图案。

进一步地，所述探测器为光电二极管、SCMOS相机、EMCCD相机或SPAD探测器。

进一步地，所述重构算法包括压缩感知优化算法、梯度下降优化方法或线性方法。

根据本发明实施例的基于光片显微与单像素成像的显微层析成像装置，使用探测器进行单像素成像，具有宽光谱、高信噪比的优点。将通过样本的光汇聚在探测器上，其中的散射畸变并不会影响最终的成像质量。因此，单像素成像技术对场景光畸变具有较高的鲁棒性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的基于光片显微与单像素成像的显微层析成像装置的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。