[发明专利]经由双通光场重建的样本成像

说明书

用于经由双通光场重建的样本成像的方法和系统。在示例性方法(50)中，可以在光场平面(76)中捕获样本(74)的光场图像(72)。光场图像(72)可以被计算地正向投影到对象空间(78)中的多个z平面中的每一个，以生成一组正向投影的z平面图像(88a‑f)。可以计算将从每个z平面图像的对象空间(78)中的相同xy区域向光场平面(76)的反向投影与光场图像(72)进行比较，以确定来自z平面图像(88a‑f)中的每一个的反向投影的xy区域与光场图像(72)之间的相应对应程度。对于每个不同的xy区域，可以选择正向投影的z平面图像(88a‑f)中的至少一个来贡献用于样本(74)的2D或3D对象空间图像中的不同的xy区域的数据。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年8月12日提交的美国临时申请No.62/885,735的优先权，该申请的内容通过引用整体并入本文。

背景技术

经典成像使用被配置为光敏元件的焦平面阵列的图像传感器来获取场景的位置相关辐射。图像传感器量化由前透镜(物镜)光学投射的入射辐射，以捕获缺乏入射辐射的任何方向信息的场景的平坦的空间图像。相反，光场成像保留了该方向信息，并且将二维图像扩展到描述场景相对于位置和方向的辐射率的四维光场中。

已经报道了用于光场获取的两种不同的仪器方法，其使用(i)离散相机的阵列或(ii)图像传感器前面的微透镜阵列。对于光场显微镜，结合微透镜阵列通常是优选的选择，因为其成本较低并且能够容易地改装到传统显微镜上。

在前透镜和图像传感器之间存在微透镜阵列在图像传感器上形成光场图像。光场图像由离散子图像的阵列组成，每个离散子图像对应于微透镜阵列的不同微透镜。这些子图像描述了场景中给定点的光的方向分布。该附加的方向信息通常使得能够进行若干有利的处理操作以在光场采集之后获得重建的“对象空间”图像：(i)视角的透视变化，(ii)数字重新聚焦，(iii)人工聚焦场景中的所选对象，以及(iv)无匹配3D重建。

根据微透镜阵列相对于成像系统的物镜和图像传感器的位置，可以定义具有两种不同性能的光场配置。在第一配置中，称为“LF1.0”，微透镜阵列位于物镜与图像传感器之间的中间图像平面中，并且图像传感器位于微透镜阵列的后焦平面中。在第二配置中，称为“LF2.0”，这些限制被去除，并且微透镜阵列可以具有物镜与图像传感器之间的任意位置。因此，在LF2.0中，可以选择微透镜阵列的位置以优化成像系统的期望性能标准(例如，横向和轴向分辨率以及焦深)。

光场成像的最重要的应用之一是基于将2D光场数据映射到对象空间的2D和3D重建。然而，由于各种原因，用于从光场图像重建对象空间的现有方法是不够的。例如，这些方法可能需要迭代映射和重新映射、滤波以去除噪声、和/或关于光学配置的假设，这些假设中的每一个可能引入重建误差和/或导致重建完全失败。此外，用户检查映射的光场数据对于选择候选重建可能是必要的，这妨碍了完全自动化。需要利用光场成像系统进行样本成像的新方法。

发明内容

本公开提供了用于经由双通光场重建进行样本成像的方法和系统。在示例性方法中，可以在光场平面中捕获样本的光场图像。光场图像可以通过计算正向投影到对象空间中的多个z平面中的每一个，以生成正向投影z平面图像集合。可以将从每个z平面图像的对象空间中的相同xy区域计算向光场平面的反向投影与光场图像进行比较，以确定每个z平面图像反向投影的xy区域与光场图像之间的相应对应程度。可以针对对象空间中的多个不同的xy区域中的每一个重复该比较。对于每个不同的xy区域，可以选择正向投影的z平面图像中的至少一个以贡献用于样本的2D或3D对象空间图像中的不同的xy区域的数据。可以生成合并了数据的对象空间图像。

附图说明

图1是可以在基于包括光场空间与对象空间之间的正向投影和反向投影的双通光场重构的样本成像方法中执行的示例性步骤的流程图。

图2是来自图1的流程图的若干步骤的示意图。