[发明专利]基于光场显微系统的三维显微成像方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于光场显微系统的三维显微成像方法及系统，其中，该方法包括：S1，在光学系统中，获取三维样本从物面到主相机传感器平面的第一点扩散函数和从物面到次相机传感器平面的第二点扩散函数，根据第一点扩散函数和第二点扩散函数生成第一前向投影矩阵和第二前向投影矩阵；S2，获取三维样本在光学系统中的主相机拍摄的光场强度图像和次相机拍摄的高分辨率强度图像；S3，通过预设算法对光场强度图像和第一前向投影矩阵、高分辨率强度图像和第二前向投影矩阵进行三维重建，生成三维样本的三维重建结果。该方法通过增加一路采集光路，实现在同等迭代次数下，增强焦面重建信噪比，光场显微成像的重建效果有很大的提升。

技术领域

本发明涉及计算摄像学技术领域，特别涉及一种基于光场显微系统的三维显微成像方法及系统。

背景技术

通常，需要观察的显微样本往往是三维的。在传统的显微技术中，只能对样本的一个深度进行二维成像，观察样本切片，不能观察到样本的立体结构，无法满足一些生物领域的需求。若需要采集三维样本的数据，需要通过纵轴扫描等方法，采集多张不同深度的图像，再进行轴向的拼接，这样的方法速度较慢，在高动态的情况下，纵轴的扫描速度低于生物结构的动态变化速度，难以有效地成像。

光场成像的特点是快速、宽视场、三维成像，但是其横向分辨率与轴向分辨率相互制衡，会导致成像质量的损失。随着计算机技术的发展，我们可以采用计算机对光场图像进行后处理，通过解卷积等方式，重建出三维物体。目前的三维成像技术，主要利用了RL迭代算法进行重建，只利用了光场的信息，受到分辨率相互制约的影响，导致重建效果不够理想，实用性不强。也有研究者试图提升光场重建分辨率，但根据波动光学的理论，焦面处的采样空间分布是稀疏的，所以焦面处的分辨率难以提升。

由于光场显微快速捕获多维信息的特性，迅速引起了学术界的关注。目前，光场显微技术的最大局限在于，采集光场图像时将不同角度的信息集成到同一张图像下，大大牺牲了图像的横向分辨率，且不同角度的图像容易相互串扰，导致重建结果不够理想。有研究者试图提升光场重建分辨率，他们利用波动光学理论，将微透镜阵列对于光学信号的采样率置于奈奎斯特采样率以下，故意造成信息混叠，并利用混叠和微透镜阵列不均一的采样，解出更清晰的图像细节。但是，这一方法受限于成像焦面处的空间分布稀疏，难以提升焦面处的重建分辨率。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于光场显微系统的三维显微成像方法，该方法实现在同等迭代次数下，增强焦面重建信噪比，光场显微成像的重建效果有很大的提升。

本发明的另一个目的在于提出一种基于光场显微系统的三维显微成像系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于光场显微系统的三维显微成像方法，包括：S1，在光学系统中，获取三维样本从物面到主相机传感器平面的第一点扩散函数和从所述物面到次相机传感器平面的第二点扩散函数，根据所述第一点扩散函数和所述第二点扩散函数生成第一前向投影矩阵和第二前向投影矩阵；S2，获取所述三维样本在所述光学系统中的主相机拍摄的光场强度图像和次相机拍摄的高分辨率强度图像；S3，通过预设算法对所述光场强度图像和所述第一前向投影矩阵、所述高分辨率强度图像和所述第二前向投影矩阵进行三维重建，生成所述三维样本的三维重建结果。

本发明实施例的基于光场显微系统的三维显微成像方法，通过分光镜，将样本发出的光分成两路，一路直接用相机传感器采集其焦面处图像，另一路经过微透镜阵列，用相机传感器采集其光场图像，多采集了焦面处的高分辨率信息，将两者结合，进行重建，实现在同等迭代次数下，增强焦面重建信噪比，光场显微成像的重建效果有很大的提升。

另外，根据本发明上述实施例的基于光场显微系统的三维显微成像方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：搭建所述光学系统；