基于空间光调制器的景深恢复装置、方法、设备和介质与流程

本发明涉及光学成像，具体为基于空间光调制器的基于空间光调制器的景深恢复装置、方法、设备和介质。

背景技术：

1、传统技术中，常用两类结构实现大景深显微观测，其均具有一定的技术局限：

2、体视显微系统基于双目体视显微原理计算不同深度的样本视差角的差异构建数学模型计算样本的深度信息，常见的体视显微结构包括格里诺型体视结构和cmo型体视结构，

3、其技术局限有二：

4、景深小：这类系统的景深与系统的数值孔径相关，即同时高空间分辨能力与景深两系统参数是相互制约的；

5、物面离焦将会导致像质的严重恶化：高分辨显微物镜的数值孔径大，其对球差敏感，对于具有一定深度的样品来说，位于其物距平面上的样本区域将会清晰成像，其余离焦区域则成像模糊。

6、传统的变焦测量方法结合光学系统有限景深和精密的垂直扫描技术，即步进地改变物距，从而调整不同深度物的聚焦程度获取多聚焦图像序列，再通过图像处理算法实现全焦图像融合。

7、其技术局限有二：

8、样本拍摄时间长：步进式地调整物距会延长拍摄时间；

9、机械装置性能要求高：这种系统对机械控制系统精度和稳定度提出了较高的要求。

技术实现思路

1、为克服上述背景技术中现有体视显微系统景深小：这类系统的景深与系统的数值孔径相关，即同时高空间分辨能力与景深两系统参数是相互制约的；物面离焦将会导致像质的严重恶化：高分辨显微物镜的数值孔径大，其对球差敏感，对于具有一定深度的样品来说，位于其物距平面上的样本区域将会清晰成像，其余离焦区域则成像模糊的缺点，本发明的目的在于提供基于空间光调制器的景深恢复装置、方法、设备和介质。

2、为了达到以上目的，本发明采用如下的技术方案：

3、本发明的第一方面，提供基于空间光调制器的景深恢复装置，包括依次设置的样品载置台、显微物镜、光调制模组、镜筒模组和光电探测器；所述光调制模组包括第一空间光调制器和第二空间光调制器，所述第一空间光调制器和第二空间光调制器相对于所述显微物镜的中心轴线对称；所述镜筒模组包括第一变焦筒镜组和第二变焦筒镜组，所述第一变焦筒镜组和第二变焦筒镜组相对于所述显微物镜的中心轴线对称；

4、将待观测样本置于所述样品载置台，观测样本散射的光波通过显微物镜收集，显微物镜将收集的光波放大成像后形成第一光路和第二光路；所述第一空间光调制器设置于第一光路入瞳处，所述第一光路的光波依次经由第一空间光调制器和第一变焦筒镜组汇聚成像于光电探测器上；所述第二空间光调制器设置于第二光路入瞳处，所述第二光路的光波依次经由第二空间光调制器和第二变焦筒镜组汇聚成像于光电探测器上；

5、所述光电探测器和计算机连接。

6、在一些可能的实施方式中，所述第一空间光调制器和第二空间光调制器在对光波进行调制前，分别进行视场像差调制。

7、本发明的第二方面，提供基于空间光调制器的景深恢复方法，应用于上述的基于空间光调制器的景深恢复装置，所述景深恢复方法包括如下：

8、s1:分别获取第一光路的第一图像数据和第二光路的第二图像数据；

9、s2:对所述第一图像数据和第二图像数据进行视差计算，得到样品的第一双目视差图；

10、s3:利用视差原理对所述第一双目视差图进行处理，重建出样本的第一三维形貌图；

11、s4:设置景深的深度校准阈值范围，根据所述深度校准阈值范围在所述第一三维形貌图划分若干个用于像差校准的网格；

12、s5:通过对网格的像差校准完成视场像差的校准；

13、s6:依据校准后的像差，重新获取其对应的第二双目视差图；

14、s7:利用视差原理对所述第二双目视差图进行处理，直至重建出满足景深精度恢复要求的第二三维形貌图。

15、本发明的有益效果在于：通过搭建的第一光路和第二光路依次经由第一空间光调制器和第一变焦筒镜组汇聚成像于光电探测器，从而获得第一双目视差图，通过对第一三维形貌图依据景深的深度校准阈值范围进行像差校准的网格的划分，提高了景深的深度恢复精度及深度恢复的范围，从而利用校准后的像差输出满足景深精度恢复要求的高精度第二三维形貌图。

16、在一些实施方式中，s5中所述通过对网格的像差校准完成视场像差的校准具体包括如下：

17、s41:设置景深的深度校准阈值范围，根据所述深度校准阈值范围在所述第一三维形貌图上划分若干个用于像差校准的网格；

18、s42:基于所述初始三维形貌图获取每个网格对应校准波前信息；

19、s43:对所述校准波前信息进行解算，得到对应视场的离焦量；

20、s44:对每个网格逐一加载对应的校准波前信息，直至完成各视场下每个网格的像差校准。

21、在一些实施方式中，执行s1步骤前将所述第一空间光调制器和第二空间光调制器加载至初始相位状态。

22、本发明的第三方面，提供景深恢复设备，应用上述的景深恢复方法，所述景深恢复设备包括：

23、图像数据获取模块:分别获取第一光路的第一图像数据和第二光路的第二图像数据；

24、第一视差图获取模块:对所述第一图像数据和第二图像数据进行视差计算，得到样品的第一双目视差图；

25、三维重建模块:利用视差原理对所述第一双目视差图进行处理，重建出样本的第一三维形貌图；

26、网格构建模块:设置景深的深度校准阈值范围，根据所述深度校准阈值范围在所述第一三维形貌图划分若干个用于像差校准的网格；

27、像差校准模块:通过对网格的像差校准完成视场像差的校准；

28、第二视差图获取模块:依据校准后的像差，重新获取其对应的第二双目视差图；

29、三维输出模块:利用视差原理对所述第二双目视差图进行处理，直至重建出满足景深精度恢复要求的第二三维形貌图。

30、在一些实施方式中，所述像差校准模块包括：

31、波前信息获取单元:基于所述初始三维形貌图获取每个网格对应校准波前信息；

32、离焦量获取单元:对所述校准波前信息进行解算，得到对应视场的离焦量；

33、视场像差校准单元:对每个网格逐一加载对应的校准波前信息，直至完成各视场下每个网格的像差校准。

34、在一些实施方式中，图像数据获取模块执行前将所述第一空间光调制器和第二空间光调制器加载至初始相位状态。

35、本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的景深恢复方法的步骤。

技术特征：

1.基于空间光调制器的景深恢复装置，其特征在于：包括依次设置的样品载置台(1)、显微物镜(2)、光调制模组、镜筒模组和光电探测器(7)；所述光调制模组包括第一空间光调制器(3)和第二空间光调制器(4)，所述第一空间光调制器(3)和第二空间光调制器(4)相对于所述显微物镜(2)的中心轴线对称；所述镜筒模组包括第一变焦筒镜组(5)和第二变焦筒镜组(6)，所述第一变焦筒镜组(5)和第二变焦筒镜组(6)相对于所述显微物镜(2)的中心轴线对称；

2.根据权利要求1所述的基于空间光调制器的景深恢复装置，其特征在于：所述第一空间光调制器(3)和第二空间光调制器(4)在对光波进行调制前，分别进行视场像差调制。

3.基于空间光调制器的景深恢复方法，其特征在于：应用于权利要求1-3所述的基于空间光调制器的景深恢复装置，所述景深恢复方法包括如下：

4.根据权利要求3所述的基于空间光调制器的景深恢复方法，其特征在于：s5中所述通过对网格的像差校准完成视场像差的校准具体包括如下：

5.根据权利要求3或4所述的基于空间光调制器的景深恢复方法，其特征在于：执行s1步骤前将所述第一空间光调制器(3)和第二空间光调制器(4)加载至初始相位状态。

6.景深恢复设备，其特征在于，应用权利要求3-5任一所述的景深恢复方法，所述景深恢复设备包括：

7.根据权利要求6所述的景深恢复设备，其特征在于：所述像差校准模块包括：

8.根据权利要求6或7所述的景深恢复设备，其特征在于：图像数据获取模块执行前将所述第一空间光调制器(3)和第二空间光调制器(4)加载至初始相位状态。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求3-5任一所述的景深恢复方法的步骤。

技术总结
本发明公开了基于空间光调制器的景深恢复装置、方法、设备和介质，方法包括分别获取第一光路的第一图像数据和第二光路的第二图像数据；对第一图像数据和第二图像数据进行视差计算，得到样品的第一双目视差图；利用视差原理对第一双目视差图进行处理，重建出样本的第一三维形貌图；设置景深的深度校准阈值范围，根据深度校准阈值范围在第一三维形貌图划分若干个用于像差校准的网格；通过对网格的像差校准完成视场像差的校准；依据校准后的像差，重新获取其对应的第二双目视差图；利用视差原理对第二双目视差图进行处理，直至重建出满足景深精度恢复要求的第二三维形貌图。本发明提高了景深的深度恢复精度及深度恢复的范围。

技术研发人员：王奕,黄震宇
受保护的技术使用者：苏州芯之光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13