一种浮游植物明场与荧光双光路同步成像装置

本技术属于资源与环境领域，尤其是浮游植物明场与荧光双光路同步成像装置。

背景技术：

1、对浮游植物的种类和数量进行鉴别和统计，对水域中富营养化程度的判断和水华预警等方面有重要意义。目前浮游植物分类识别方法，主要以基于浮游植物形态特征的识别方法和基于浮游植物荧光特征的荧光光谱的识别方法为主。形态学检测法又称显微成像法，具有识别过程直观、识别精度高等优点，但是存在相似形态浮游植物细胞难以辨别、识别过程受水中杂质干扰和图像分辨率影响等不足等问题。

2、浮游植物荧光图像包含丰富的浮游植物自发荧光色素信息，利用浮游植物荧光图像辅助显微图像配准识别技术，可有效排除水体杂质干扰、对浮游植物细胞位置准确定位与轮廓分割，并进行浮游植物色素种类区分，提高了浮游植物鉴别准确率。walker等人对浮游植物细胞进行灰度和荧光成像定位匹配，通过算法进行鱼腥藻和微囊藻的分类识别，分类准确率可达97％以上，并可有效应用于复杂水样识别。burkhard等人通过整合浮游植物明场、荧光显微成像信息，证明了使用浮游植物明场荧光图像对区别浮游植物和杂质、含藻蓝蛋白浮游植物与非藻蓝蛋白浮游植物具有显著优势。

3、目前浮游植物明场-荧光显微图像获取多采用单光路的倒置荧光显微镜成像系统，通过手动操作实现明场与荧光成像模式切换，切换过程中受水体流动和活体浮游植物细胞自身游动等因素影响，显微视野下浮游植物细胞的明场图像与荧光图像存在随机错位现象，明场与荧光图像配准面临较大挑战。为获取配准对应的浮游植物细胞明场与荧光显微图像，bi等人利用单相机结合液晶可调谐滤波器进行浮游植物高光谱图像采集；lauffer等人使用单相机和滤光片转轮进行明场和不同波段荧光图像采集；上述研究采用单光路显微成像技术，通过电控液晶可调谐滤波器和滤光片转轮方式提升滤波速度，但液晶响应和机械转动仍存秒级延时，难以有效解决明场与荧光图像准确匹配问题。

技术实现思路

1、针对目前浮游植物种类鉴别镜检法中存在的相似形态浮游植物细胞难以区分、同粒径杂质干扰大、浮游植物细胞位置难以定位分割等问题，本实用新型的内容是提供一种浮游植物明场与荧光双光路同步显微成像装置，可以直接获取水体中浮游植物的显微明场图像和多波段荧光图像，可用于浮游植物显微多光谱图像的快速采集。

2、本实用新型的技术方案为：一种浮游植物明场与荧光双光路同步成像装置，包括：

3、双光路成像光学系统，分别连接到光源控制电路和上位机控制系统；

4、其中，所述的双光路成像光学系统包括明场成像光路和荧光成像光路，且两条光路共用显微成像物镜和分光棱镜；

5、以所述分光棱镜为中心，明场成像光路采用透射式照明，荧光成像光路采用落射式照明，采用显微物镜后分光方式，明场成像光路和荧光成像光路成像视野一致；

6、且在显微物镜后分光以后，明场成像光路和荧光成像光路以分光棱镜分光面对称面成对称结构，分光后两光路到达各自相机的光程一致。

7、所述明场成像光路上依次设置有白光光源、聚光透镜、载波片，成像物镜收集、分光棱镜、明场筒镜、明场相机。

8、进一步的，所述荧光成像光路上依次设置有荧光光源、透镜组、可调谐液晶带通滤波器、透过分光棱镜、成像物镜、载波片样品，分光棱镜上方设置有二向镜和窄带滤光片、荧光相机ccd。

9、进一步的，所述的光源控制电路用于为不同光源提供稳定驱动和控制光源开关，包括：单片机控制器、恒流源和模拟开关；

10、单片机控制器连接到恒流源，所述恒流源通过两路模拟开关连接到白光光源和荧光光源。

11、进一步的，所述上位机控制系统包括图像采集模块、调节液晶滤波器模块、光源选择模块、显示模块，图像采集模块连接到明场相机和荧光相机；液晶滤波器模块连接到可调谐液晶带通滤波器；光源选择模块连接到单片机控制器；显示模块与图像采集模块相连。

12、进一步的，选用分光棱镜分光比为3:7。

13、本实用新型的优点如下：

14、1、以分光棱镜为中心，设计浮游植物明场与荧光双光路同步显微成像光学系统，明场成像采用透射式照明，荧光成像落射式照明；成像光路共用显微成像物镜，采用显微物镜后分光方式，保证明场与荧光成像视野一致性；分光后的明场与荧光光路(物镜、筒镜和相机位置距离等)以分光棱镜分光面对称面成对称结构，让分光后两光路到达各自相机的光程一致，从而实现明场与荧光同步聚焦成像；分光棱镜反射和透射分光比3:7，即30％反射光用于明场成像，70％透射光用于荧光成像，从而提高荧光通道信号强度。

技术特征：

1.一种浮游植物明场与荧光双光路同步成像装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种浮游植物明场与荧光双光路同步成像装置，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种浮游植物明场与荧光双光路同步成像装置，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的一种浮游植物明场与荧光双光路同步成像装置，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种浮游植物明场与荧光双光路同步成像装置，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的一种浮游植物明场与荧光双光路同步成像装置，其特征在于：

技术总结
本技术涉及一种浮游植物明场与荧光双光路同步成像装置，包括：双光路成像光学系统，分别连接到光源控制电路和上位机控制系统；其中，所述的双光路成像光学系统包括明场成像光路和荧光成像光路，且两条光路共用显微成像物镜和分光棱镜；以所述分光棱镜为中心，明场成像光路采用透射式照明，荧光成像光路采用落射式照明，采用显微物镜后分光方式，明场成像光路和荧光成像光路成像视野一致；且在显微物镜后分光以后，明场成像光路和荧光成像光路以分光棱镜分光面对称面成对称结构，分光后两光路到达各自相机的光程一致。

技术研发人员：殷高方,赵南京,徐敏,胡翔,马明俊,贾仁庆,梁天泓,黄朋
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：20230404
技术公布日：2024/1/14