[发明专利]三维宽视场和高分辨层析成像方法及装置

权利要求书

1.一种三维宽视场和高分辨层析成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在数字微镜器件上分别加载结构图案和平面图案，利用光源照射加载图案后的所述数字微镜器件分别产生结构光和均匀光；

S2，利用管透镜、电调谐透镜和显微物镜分别将结构光和均匀光中继到样品上，并依次收集由结构光和均匀光所激发的结构光照明图像和均匀光照明图像；

S3，所述结构光照明图像和所述均匀光照明图像分别经过所述显微物镜、透镜后在反射分束器上形成中间像面，并通过所述反射分束器上的多块不同偏转角度的平面反射镜进行多视场反射，利用相机采集多个反射光路上的子视场图像；

S4，将多个子视场图像进行拼接的得到宽视场结构光照明图像和宽视场均匀光照明图像；

S5，利用结构光层析算法将拼接后的所述宽视场结构光照明图像和所述宽视场均匀光照明图像进行结合得到宽视场光学层析图像；

S6，通过所述电调谐透镜对所述样品进行轴向扫描成像，并将所得的不同轴向位置的所述宽视场光学层析图像进行数据重建，得到高分辨和宽视场的三维层析图像。

2.根据权利要求1所述的一种三维宽视场和高分辨层析成像方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括：

对所述样品的参数进行设定，设定沿所述样品横向、纵向和轴向分别为x轴、y轴和z轴。

3.根据权利要求1所述的一种三维宽视场和高分辨层析成像方法，其特征在于，步骤S5进一步包括：

S51，对所述宽视场均匀光照明的图像施加一个高通滤波器HP来获取焦平面内的高频信息

S52，提取所述宽视场结构光照明图像的对比度：

其中，σ表示求取图像方差；

S53，通过对结构光对比度调制后的均匀图像施加一个低通滤波器LP来获取焦平面内的低频信息：

S54，通过对获取的高频信息和低频信息进行组合来获取宽视场光学层析图像：

其中，η为保证低频信息与高频信息强度连续的因子。

4.根据权利要求1所述的一种三维宽视场和高分辨层析成像方法，其特征在于，所述S3进一步包括：

激发出的所述结构光照明图像和所述均匀光照明图像经过所述显微物镜和收集透镜后成像到所述反射分束器上形成中间像面，所述反射分束器由多块不同偏转角度的平面反射镜构成，通过所述显微物镜收集到的宽视场图像被所述反射分束器分成不同的子视场，各个子视场以不同的角度反射到对应的收集光路中被对应的相机所采集。

5.一种三维宽视场和高分辨层析成像装置，其特征在于，包括：

结构光和均匀光产生系统，包括：光源(301)、激发光滤波片(302)、透镜(303)、透镜(304)、全内反射棱镜(305)和数字微镜器件(306)，用于产生结构光和均匀光；

光束整形和中继系统，包括：管透镜(307)、电调谐透镜(309)和显微物镜(310)，用于将所述结构光和均匀光产生系统所产生的结构光和均匀光中继到样品上；

快速轴向扫描系统，包括：所述电调谐透镜(309)，所述电调谐透镜(309)置于所述显微物镜(310)的后焦面处，用于通过所述电调谐透镜(309)对所述样品进行轴向扫描；

信号激发与收集系统，包括：所述显微物镜(310)、二向色镜(308)、发射光滤波片(312)、收集透镜(313)、反射分束器(314)、多个透镜、多个相机，用于激发所述样品产生结构光和均匀光对应的荧光信号，激发的荧光信号通过所述显微物镜(310)进行收集后经过二向色镜(308)、发射光滤波片(312)进行滤波，通过收集透镜后荧光信号在反射分束器(314)上形成中间像面，经过反射分束器(314)的反射分束后，不同子视场的光束以不同的角度出射，并被对应的相机所收集；

图像重建与数据处理系统，包括，计算机，用于对多个相机采集的信号进行显示与分析，实现宽视场、高分辨的三维层析成像。

6.根据权利要求5所述的一种三维宽视场和高分辨层析成像装置，其特征在于，在数字微镜器件(306)上分别加载结构图案和平面图案，并利用光源(301)照射加载图案后的数字微镜器件(306)产生结构光和均匀光。