[发明专利]基于柯勒照明的单像素显微成像方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于柯勒照明的单像素显微成像系统及方法，该系统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。本发明提出的基于柯勒照明的单像素显微成像系统，可提高成像系统的鲁棒特性、灵敏度及分辨率。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别涉及一种基于柯勒照明的单像素显微成像方法及系统。

背景技术

单像素成像技术是近年发展起来的一种新型的计算成像方式，主要依靠两个或多个光场的强度涨落关联来获取目标物体的图像信息。由于具有抗干扰性强、探测灵敏度高、超衍射分辨极限以及光路结构简单等优点，单像素成像技术在光学成像、量子成像以及信息科学等应用领域备受青睐。在单像素成像过程中，首先利用经空间光调制器调制后的光源直接照射到待测目标物体上，然后利用一个无空间分辨能力的光电探测器接收从目标物体透射或反射回来的总光强，最后通过对光电探测器收集的总光强与调制光源的光场分布进行关联运算，便可高分辨地恢复目标物体的图像信息。目前这种特殊的成像方式已经在医学成像领域展现出巨大的应用前景，如便携式X-射单像素成像仪可以实现既健康又便宜的医疗检测。

显微成像技术是人类认识与了解微观世界的主要工具之一，在医疗成像、微观测量、生命科学等领域有着广泛的应用。显微成像系统主要由光源、聚光镜、精密控制载物台、显微物镜、显微目镜等组成。近年来，显微成像技术得到了稳步快速的发展，目前人们对微观世界的认识已经从微米级别进入到了纳米级别，如电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等，这些高倍显微镜为人类研究微观粒子的内部结构及其相互作用提供了新方法。

然而，随着成像分辨率的提高，显微成像系统对待测目标物体所处的环境要求也更加严格，例如光照亮度、光场起伏以及振动外界因素等都会很大程度地影响显微镜成像的图像质量。

发明内容

基于此，本发明的目的是为了解决现有技术中，随着成像分辨率的提高，显微成像系统对待测目标物体所处的环境要求也更加严格，外界因素会在很大程度上影响显微镜成像的图像质量的问题。

本发明提出一种基于柯勒照明的单像素显微成像系统，其中，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。

本发明还提出一种基于柯勒照明的单像素显微成像方法，其中，应用如上所述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。