[发明专利]基于柯勒照明的单像素显微成像方法及系统

权利要求书

1.一种基于柯勒照明的单像素显微成像系统，其特征在于，包括从左至右沿同一光轴线依次设置的激光光源、分光计、扩束镜、准直透镜、第一光阑、起偏器、数字微镜、检偏器、柯勒镜、第二光阑、第三光阑、聚光镜、精密控制载物台、会聚透镜以及光电探测器，所述显微成像系统还包括计算机，所述计算机与所述数字微镜、所述精密控制载物台以及所述光电探测器电性连接，所述计算机用于控制所述数字微镜、所述精密控制载物台以及所述光电探测器。

2.一种基于柯勒照明的单像素显微成像方法，其特征在于，应用如上述权利要求1中的基于柯勒照明的单像素显微成像系统进行成像，所述成像方法包括如下步骤：

利用数字微镜对激光光束进行光场调控，以使调直光束均匀覆盖在数字微镜上的有效散斑加载区域；

利用柯勒镜与聚光镜对待测目标物体所在平面进行柯勒照明；

调整所述聚光镜与光电探测器之间的相对位置，并根据预设计算机软件控制所述数字微镜上散斑图片的加载速度与所述光电探测器的数据采集同步，以使所述光电探测器接收从所述待测目标物体透射来的总光场强度；

基于菲涅尔衍射公式，计算得到任意一散斑图片加载在所述数字微镜上时，对应的参考光场强度分布；

根据所述总光场强度以及所述参考光场强度分布进行关联运算，以计算得到所述待测目标物体的图像信息。

3.根据权利要求2所述的基于柯勒照明的单像素显微成像方法，其特征在于，所述利用数字微镜对激光光束进行光场调控的方法包括如下步骤：

通过计算机生成预设数量的散斑图片，其中所述散斑图片的尺寸与所述数字微镜的可调制有效区域相一致；

选取任一所述散斑图片，通过计算机加载在所述数字微镜上，并调节激光光源、分光计、扩束镜、准直透镜以及第一光阑之间的相对位置，以使调直光束均匀覆盖在数字微镜上的有效散斑加载区域。

4.根据权利要求2所述的基于柯勒照明的单像素显微成像方法，其特征在于，所述利用柯勒镜与聚光镜对待测目标物体所在平面进行柯勒照明的方法包括如下步骤：

调节柯勒镜、第二光阑、第三光阑、聚光镜以及精密控制载物台之间的相对位置，以使所述数字微镜与所述第三光阑相对于所述柯勒镜形成物像共轭关系，以及使得所述第二光阑与所述精密控制载物台相对于所述聚光镜形成物像共轭关系。

5.根据权利要求2所述的基于柯勒照明的单像素显微成像方法，其特征在于，所述基于菲涅尔衍射公式，计算得到任意一散斑图片加载在所述数字微镜上时，对应的参考光场强度分布的方法包括如下步骤：

根据菲涅尔衍射公式计算得到所述参考光场强度分布，其中所述菲涅尔衍射公式表示为：

其中，ξ以及η表示参考光场处的二维坐标变量，表示当散斑图形加载到所述数字微镜时，经所述数字微镜调制后的光场分布，λ为激光的波长；d为所述数字微镜与参考光场之间的距离。

6.根据权利要求5所述的基于柯勒照明的单像素显微成像方法，其特征在于，经所述数字微镜调制后的光场分布可表示为：

其中，E₀(x,y)表示当数字微镜上未加载散斑图片时，数字微镜所在的平面处的光场分布；表示第i次加载到所述数字微镜上的随机散斑光场分布。

7.根据权利要求2所述的基于柯勒照明的单像素显微成像方法，其特征在于，所述根据所述总光场强度以及所述参考光场强度分布进行关联运算，以计算得到所述待测目标物体的图像信息的方法包括如下步骤：

计算得到所述图像信息的公式表示为：

其中，O⁽ⁱ⁾为从所述待测目标物体透射来的总光场强度，G(ξ,η)表示所述待测目标物体的图像信息，为所述参考光场强度分布。

8.根据权利要求2所述的基于柯勒照明的单像素显微成像方法，其特征在于，所述计算机软件为Matlab或Labview。