[发明专利]基于正交偏振光的无透镜显微成像系统及方法

说明书

本发明提出一种基于正交偏振光的无透镜显微成像系统及方法。其成像系统包括照明模块、偏振模块和图像传感器，照明模块用于获得单色非偏振入射光，包括依次放置的光源、窄带滤波片、照明孔径及透镜组、中继透镜对；偏振模块包括偏振方向相互垂直的线偏振片和偏振薄膜，分别用于产生线偏振光和阻挡通过样品的透射光；中继透镜对的出射端依次放置所述线偏振片、样品、偏振薄膜、图像传感器；偏振薄膜确保图像传感器只采集样品的消偏振的散射光。本发明将偏振模块引入现有无透镜成像系统，通过采集样品的单曝光图像信息，并运用盲解卷积算法重建样品图像，从而对植物样本实现无标记、高对比度、无本底成像。

技术领域

本发明涉及显微成像技术领域，特别涉及一种基于正交偏振光的无透镜显微成像系统及方法。

背景技术

无透镜成像(lensless imaging)方案由于其成本低、结构紧凑且光学吞吐量高(高分辨率和宽视场)，已被广泛接受并作为计算成像技术用于宏观和微观领域。无透镜成像最近在单曝光三维成像、像素超分辨显微、片上荧光显微镜、深度学习重建图像、高级算法，以及波前传感和无透镜内窥镜等应用领域上取得了新的进展。但在以往的研究中，偏振无透镜成像，特别是有关正交偏振光的无透镜成像研究工作，很少涉及。现有相关工作包括使用无透镜偏振全息图定量测量双折射样品的偏振态，以及对使用两束偏振方向略有不同的光干涉得到的全息图进行图像重建，但是目前还没有能够提供高对比度、无本底、单曝光成像的正交偏振无透镜成像方案。

偏振光显微镜是指涉及偏振光的光学显微技术，已被广泛用于对样品的偏振特性进行成像和表征。具体来说，在正交偏振光成像中，在入射和透射(或反射)光路上使用两个方向垂直的偏振器。通过阻挡与照明具有相同偏振方向的透射光，样品的透明结构可见，眩光和镜面高光也被消除。这种特殊的偏振照明将样品中不可见的消偏振信号变为可检测、可见的，能够实现对植物特殊结构的无标记成像以及表面下病理无阻挡观察。此外，正交偏振光可获得高对比度和无本底成像。

发明内容

本发明目的在于提出一种基于正交偏振光的无透镜显微成像系统及方法，可实现样品的高对比度、无标记、无本底成像。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于正交偏振光的无透镜显微成像系统，包括照明模块、偏振模块和图像传感器，所述照明模块用于获得单色非偏振入射光，包括依次放置的光源、窄带滤波片、照明孔径及透镜组、中继透镜对；所述偏振模块包括偏振方向相互垂直的线偏振片和偏振薄膜，分别用于产生线偏振光和阻挡通过样品的透射光；所述中继透镜对的出射端依次放置所述线偏振片、样品、所述偏振薄膜、所述图像传感器；所述偏振薄膜确保所述图像传感器只采集样品的消偏振的散射光。

本发明利用上述无透镜显微成像系统的成像方法，包括以下步骤：

所述照明模块发出的单色非偏振光经过线偏振片产生线偏振照明光后，入射到样品上，然后通过偏振薄膜阻挡与入射偏振照明光具有相同偏振方向的透射光，确保只有来自样品的消偏振的散射光通过偏振薄膜，最后由所述图像传感器采集样品的散射光，获得样品的单曝光图像；根据采集的样品图像使用盲解卷积算法进行图像重建。

进一步地，所述盲解卷积算法包括以下步骤：

步骤一，初始化：生成初始化的点扩散函数PSF和重建图像O；

步骤二，使用盲解卷积算法，更新点扩散函数PSF和重建图像O；

步骤三，按照步骤二进行n次循环，获得解卷积图像O和恢复的点扩散函数PSF。

本发明基于正交偏振光实现了样品的高对比度、无标记、无本底的无透镜成像。而现有基于偏振光的无透镜显微成像研究主要集中在测量样品偏振态或通过偏振光获得全息图，还没有能够提供高对比度、无本底、单曝光成像的正交偏振无透镜成像方案。本发明的创新点以及优点在于：