基於光片顯微與單像素成像的顯微層析成像裝置的製作方法
2023-07-06 22:59:31 4
本發明涉及物理光學和計算攝像學技術領域，具體涉及一種基於光片顯微與單像素成像的顯微層析成像裝置。
背景技術：
光學顯微鏡是一種光學儀器，主要用於放大微小物體(納米-微米級別)，從而使人們能夠觀測到用肉眼無法看到的微觀結構(如細胞、病毒等)。光學顯微鏡包括多種類型，用於各類不同的研究目的，常見的有普通光學顯微鏡與螢光顯微鏡。其中，螢光顯微鏡利用免疫螢光技術，使用螢光素標記技術來標定目標。當一定波長的入射光照射在樣本上時，螢光素會由於原子的能級躍遷從而發出螢光，從而使得肉眼不可見的樣本變為可見。藉助於化學材料領域的高速發展，現在幾乎所有的可見光譜段都有對應的各種螢光標記物可供選擇。因此，螢光顯微鏡已經成為生物學家重要的成像工具，實現了在生命科學領域的廣泛應用。
光片顯微技術是一種三維層析螢光顯微成像方法。技術上，光片顯微技術通過對光照端的入射光進行空間調製，通過一個薄層光片從側面照明樣品，激發樣品深度的一個薄層，該薄層受激發後發射的螢光沿著垂直於照明平面的光軸在樣品的上方或下方採集。通過這樣的照明方法，照明平面的上部和下部的螢光分子都不會被激發產生螢光。最後通過掃描不同深度的圖像，實現顯微三維深度層析成像。該技術採用寬場照明，因此具有較高的成像時間解析度；採用光片照明，具有較高的深度解析度，同時對生物樣本具有極小的光損傷和光漂白。因此光片顯微被廣泛應用於生命科學領域觀測三維樣本，實現顯微層析成像。
然而，當深度到達一定程度後，光片顯微技術無法探測更深的樣本層析圖像。這是由於雖然該深度樣本可以在側面被光片照明，但被激發的螢光經過其他樣品層的散射，到達探測器時畸變已經十分嚴重。
技術實現要素：
本發明旨在至少解決上述技術問題之一。
為此，本發明的目的在於提出一種基於光片顯微與單像素成像的顯微層析成像裝置，可以提高成像質量。
為了實現上述目的，本發明的實施例公開了一種基於光片顯微與單像素成像的顯微層析成像裝置，包括：光片，用於照射樣本；探測器，用於對所述光片照射所述樣本後形成圖像；聚焦透鏡，所述聚焦透鏡設置所述樣本和所述光電二極體之間，用於將通過所述樣本的光聚焦在所述探測器上；重構模塊，用於根據所述圖像進行重構得到所述樣本的圖像；其中，通過對所述光片進行多次調製，對應地在所述探測器形成多個圖案，所述重構模塊通過對所述多個圖案及對應的一維測量值，使用重構算法重構所述樣本的圖像。
進一步地，使用柱透鏡直接調製方法或者貝塞爾函數調製方法將入射光調製成所述光片。
進一步地，通過改變掃描函數、使用dmd晶片或者聲光可調諧濾波器將所述光片調製成所述多個圖案。
進一步地，所述探測器為光電二極體、scmos相機、emccd相機或spad探測器。
進一步地，所述重構算法包括壓縮感知優化算法、梯度下降優化方法或線性方法。
根據本發明實施例的基於光片顯微與單像素成像的顯微層析成像裝置，使用探測器進行單像素成像，具有寬光譜、高信噪比的優點。將通過樣本的光匯聚在探測器上，其中的散射畸變並不會影響最終的成像質量。因此，單像素成像技術對場景光畸變具有較高的魯棒性。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1是本發明實施例的基於光片顯微與單像素成像的顯微層析成像裝置的結構框圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
參照下面的描述和附圖，將清楚本發明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發明的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本發明的實施例的範圍不受此限制。相反，本發明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵範圍內的所有變化、修改和等同物。
以下結合附圖描述本發明。
圖1是本發明實施例的基於光片顯微與單像素成像的顯微層析成像裝置的結構框圖。如圖1所述，一種基於光片顯微與單像素成像的顯微層析成像裝置，包括光片100、探測器200、聚焦透鏡(圖中未示出)和重構模塊(圖中未示出)。
其中，光片100用於照射樣本。在本發明的一個實施例中，使用柱透鏡直接調製方法或者貝塞爾函數調製方法將入射光調製成一個薄的光片。通過改變掃描函數、使用dmd(digitalmicromirrordevice)晶片或者聲光可調諧濾波器將光片調製成多個圖案，作為後續單像素成像的照明端。
探測器200，用於對光片照射樣本後形成圖像。當對光片進行多次調製後，對應地在特測器200形成多個圖像。在本發明的一個實施例中，探測器200為光電二極體、scmos相機、emccd相機或spad探測器，光電二極體成本低且對光敏感；scmos相機,可將16bit的數據在全解析度下以100幀每秒的速度實時存儲；emccd相機即使在低掃描速率下，螢光信號的強度水平仍可能微弱到與讀出噪聲相當甚至更低而無法被檢測出來，emccd的增益可顯著地改善這種極微弱信號的信噪比，由此在大吞吐量的分析研究中可實現更快的採樣和更短的曝光時間；spad探測器具有靈敏度強的優點。
聚焦透鏡，設置在樣本和探測器200之間，用於使經過樣本後的光能夠匯聚到探測器200上，使用聚焦透鏡進行聚焦成本低。
重構模塊，用於根據多個圖像對應的一維測量值，使用重構算法重構所述樣本的圖像。在本發明的一個實施例中，重構算法包括壓縮感知優化算法、梯度下降優化方法或線性方法。
根據本發明實施例的基於光片顯微與單像素成像的顯微層析成像裝置，使用探測器進行單像素成像，具有寬光譜、高信噪比的優點。將通過樣本的光匯聚在探測器上，其中的散射畸變並不會影響最終的成像質量。因此，單像素成像技術對場景光畸變具有較高的魯棒性。
另外，本發明實施例的基於光片顯微與單像素成像的顯微層析成像裝置的其它構成以及作用對於本領域的技術人員而言都是已知的，為了減少冗餘，不做贅述。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同限定。