基于微透镜阵列的图像相减高分辨并行显微成像仪

本发明涉及显微检测仪器设计及制造领域，尤其是涉及一种基于微透镜阵列的图像相减高分辨并行显微成像仪。

背景技术：

1、点扫描共聚焦显微镜已经广泛应用于生物医学等研究领域，是必不可少的科研工具。目前商业点扫描共聚焦显微镜大都采用振镜进行单点扫描成像，但是其单点扫描的成像速度限制了点扫描共聚焦显微镜在活细胞等领域中进一步地推广应用。

2、近年来，有很多技术被提出，用于提高点扫描共聚焦显微镜的成像速度。但是，这些技术常常以牺牲分辨率等其他性能来改善成像速度，仍不能在保证分辨率前提下很好地解决点扫描共聚焦显微镜的成像速度慢这一问题。

3、专利cn201710266273.4基于微透镜阵列的高分辨并行显微成像仪，提供了一种对照明模块进行设计以利用微透镜阵列生成包含大量光斑的阵列光场，从而实现了样品的并行照明，提高扫描成像速度；采用面阵探测器接收阵列光斑，并对阵列光斑中的每个光斑进行像素再分配处理，尽管可以实现一定程度的高分辨及高信噪比的并行显微成像，但是其分辨率及信噪比有进一步提升需要。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种高分辨率及信噪比的基于微透镜阵列的图像相减高分辨并行显微成像仪。

2、为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

3、一种基于微透镜阵列的图像相减高分辨并行显微成像仪，包括照明模块、扫描模块、探测模块、控制模块及图像重建模块，其中：

4、所述照明模块包括激光器、第一透镜、第二透镜、微透镜阵列及第三透镜，所述微透镜阵列由若干微透镜组成，所述激光器出射的激光光束经所述第一透镜和第二透镜准直扩束后形成扩束光束，所述扩束光束再入射到所述微透镜阵列后形成多个阵列聚焦光斑，所述多个阵列聚焦光斑发出的光束再经所述第三透镜准直后形成多束平行光束；

5、所述扫描模块包括二色镜、物镜及纳米位移台，所述纳米位移台可在xyz三维方向移动，所述纳米位移台上承载有待检测样品，所述多束平行光束经所述二色镜后入射进入所述物镜，并在所述物镜的前焦面处发生干涉，形成具有光斑的干涉阵列光场，所述具有光斑的干涉阵列光场对所述样品进行并行照明，使得所述样品产生并行光信号；

6、所述探测模块包括带通滤色片、探测透镜以及面阵探测器，所述并行光信号经所述物镜及所述二色镜后再依次进入所述带通滤色片、探测透镜以及面阵探测器，并在所述面阵探测器的感光面形成原始阵列光斑，所述面阵探测器探测所述原始阵列光斑，并对所述原始阵列光斑进行空间滤波及对所述阵列光斑的像素进行再分配处理，以形成新阵列光斑，并将所述新阵列光斑与原始阵列光斑相减处理，得到较小阵列光斑转化为电信号；

7、所述控制模块电性连接于所述面阵探测器和所述纳米位移台，所述控制模块用于采集所述电信号；

8、所述图像重建模块电性连接于所述控制模块，所述图像重建模块根据所述控制模块采集所述探测器与所述纳米位移台的所述电信号实现基于干涉阵列光场的图像相减高分辨率并行扫描成像图像重建。

9、所述重建模块的重建过程包括：

10、采用包含阵列光斑的阵列光场对样品进行并行照明，被阵列光斑照明的样品经物镜和探测透镜成像后将在面阵探测器感光面形成原始阵列光斑，m个聚集光斑，光斑强度表示为h11……h1m图像，实现并行光信号的探测收集。

11、对探测到的光斑进行空间滤波和像素再分配处理，以每个阵列光斑中心为原点，选择1个艾里斑大小对应的像素区域作为每个阵列光斑的虚拟针孔，将虚拟针孔中每个像素探测到的光强ii进行si/2，其中，si为每个像素到光斑中心的距离移位，形成较小的新光斑；

12、根据新光斑的大小，重新选择一定尺寸的虚拟针孔，将该虚拟针孔内每个像素探测到的光强ik叠加，可以得到样品中一点对应的高分辨显微图像像素值这个过程即为像素再处理过程；

13、将面阵探测器上的每个阵列光斑都进行像素再分配处理，形成新阵列光斑，通过对新阵列光斑与原始阵列光斑进行相减处理，得到较小阵列光斑，同时得到样品中多个点对应的高分辨显微图像像素值，所有光斑处理计算完后，将得到一幅像素值间隔分布的高分辨显微图像；

14、当对样品进行扫描时，样品上阵列光斑发生移动，阵探测器上阵列光斑位置不变，照射样品的阵列光场中光斑间距为d，若沿y方向移动位移台，移动间距为ds，每移动一次会得到一幅像素值间隔分布的高分辨显微图像，移动

15、d/ds-1次，可以得到/ds幅像素值间隔分布的高分辨显微图像，若沿x方向移动移动d/ds-1次位移台，也可以得到d/ds幅高分辨显微图像，将这d/ds幅像素值间隔分布的高分辨显微图像叠加，可以得到一幅完整的高分辨显微图像。

16、在其中一些实施例中，所述扩束光束中的一束入射光束经所述微透镜阵列后形成阵列聚焦光斑，所述阵列聚焦光斑的数量与所述微透镜阵列中微透镜的数量相同。

17、在其中一些实施例中，所述面阵探测器为ccd或cmos相机中的一种。

18、本发明采用上述技术方案的优点是：

19、本发明提供的基于微透镜阵列的图像相减高分辨并行显微成像仪，对照明模块进行设计以利用微透镜阵列生成包含大量光斑的阵列光场，从而实现了样品的并行照明，提高扫描成像速度；同时，本发明提供的基于微透镜阵列的图像相减高分辨并行显微成像仪，采用面阵探测器接收原始阵列光斑，并对原始阵列光斑中的每个光斑进行像素再分配处理，并将新阵列光斑与原始阵列光斑进行相减处理，实现高分辨、高信噪比的并行显微成像。

20、本发明提供的基于微透镜阵列的图像相减高分辨并行显微成像仪，利用微透镜阵列形成的阵列光场、像素再分配技术和图像相减技术，可以提高点扫描显微技术的成像速度和分辨率，同时还能保证图像具有较高的信噪比，提高了图像质量，有利于点扫描显微技术在亚细胞结构观察、细胞动态过程观察等研究方面的应用，有益于生物医学领域的发展。

技术特征：

1.一种基于微透镜阵列的图像相减高分辨并行显微成像仪，其特征在于，包括照明模块、扫描模块、探测模块、控制模块及图像重建模块，其中：

2.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列的高分辨并行显微成像仪，其特征在于，所述扩束光束中的一束入射光束经所述微透镜阵列后形成阵列聚焦光斑，所述阵列聚焦光斑的数量与所述微透镜阵列中微透镜的数量相同。

3.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列的图像相减高分辨并行显微成像仪，其特征在于，所述面阵探测器为ccd或cmos相机中的一种。

技术总结
本发明提供的基于微透镜阵列的图像相减高分辨并行显微成像仪，对照明模块进行设计以利用微透镜阵列生成包含大量光斑的阵列光场，从而实现了样品的并行照明，提高扫描成像速度；同时，本发明提供的基于微透镜阵列的图像相减高分辨并行显微成像仪，采用面阵探测器接收原始阵列光斑，并对原始阵列光斑中的每个光斑进行像素再分配处理得到新阵列光斑，通过新阵列光斑与原始阵列光斑相减处理，实现高分辨、高信噪比的并行显微成像。

技术研发人员：肖昀,张运海,朱磊,季林
受保护的技术使用者：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13