CN110208267A - 一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法 - Google Patents

一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法 Download PDF

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Abstract

一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法，将物镜、光源和角锥棱镜载体放置于具有待观测浮游生物的水中，所述角锥棱镜载体朝向物镜的端面上具有若干个角锥棱镜形成的角锥棱镜阵列，所述物镜的中心轴垂直于角锥棱镜载体的端面，所述光源和物镜位于同一侧，打开光源，通过照相机进行拍照。本发明通过在面向显微镜的物镜位置设置角锥棱镜，利用角锥棱镜可以将入射光按原光路返回形成逆反射光的特点，采用显微观测区域前照光照明方式，由同一组入射照明光源发出的穿过透明目标的光线，经角锥棱镜阵列形成逆反射光，从而使得入射光和逆反射光共存，可在同一个显微观测区域形成双向照明光场，因此可以同时观测透明目标和非透明目标。

Description

一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法
技术领域
本发明涉及光学显微技术领域，具体涉及一种用于形成一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法的方法。
背景技术
目前，光学成像技术是海洋中小型浮游生物原位观测的重要技术手段，其中，普通光学成像由于可以获得浮游生物原位彩色光学图像，最接近于目前公认可靠的实验室人工镜检观测，且具备自动、高效、无扰动等优点，已经被广泛应用于海洋调查中。
现有技术中，普通光学成像虽然可以获取目标的“真实图像”进行真正的原位观测，但无法解决对中小型浮游生物观测时，单一入射照明方式下的单向照明光场与目标本身光学特性的随机性相适应的问题。主要表现在对于透明或近似透明目标，如小型水母和浮蚕等来说，基于背照光技术的暗视场照明是当前较好的解决方案，该技术利用背照光穿过高透射率的透明目标边缘产生较强的前向散射成像，可获得较好的透明目标图像。但对于低透射率的非透明目标，如桡足类和被囊类等来说，只能用前照光照明，利用目标的反射光成像，若用背照光只能获得剪影效果的边缘图像，难以获得表面细节。
在海洋中浮游生物作为被观察的目标，其出现具有随机性，现有的显微探测***其设计的照明光场分布方式均是单向的，在同一个***中是不能采用单一入射照明方式下实现对透明和非透明目标进行兼顾观测的。如何解决上述技术问题，是目前海洋中小型浮游生物原位观测研究中需要解决的技术问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于形成一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明提供了以下技术方案：将物镜、光源和角锥棱镜载体放置于具有待观测浮游生物的水中，所述角锥棱镜载体朝向物镜的端面上具有若干个角锥棱镜形成的角锥棱镜阵列，所述物镜的中心轴垂直于角锥棱镜载体的端面，所述光源和物镜位于同一侧，打开光源，通过照相机进行拍照。
优选的，所述光源发出的光的中心轴与物镜中心轴的夹角>0°,且<90°。
优选的，所述光源数量为1个。
优选的，所述光源数量至少为为2个。
优选的，所述光源为电光源。
优选的，所述光源为LED灯或白炽灯。
优选的，所述所述角锥棱镜将光源的入射光逆反射后形成的最终反射光与入射光相平行。
本发明实施例提供的一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法的方法，具有以下有益效果：本发明通过在面向显微镜的物镜位置设置角锥棱镜，利用角锥棱镜可以将入射光按原光路返回形成逆反射光的特点，采用显微观测区域前照光照明方式，由同一组入射照明光源发出的穿过透明目标的光线，经角锥棱镜阵列形成逆反射光，从而使得入射光和逆反射光共存，可在同一个显微观测区域形成双向照明光场，因此可以同时观测透明目标和非透明目标。
附图说明
图1为本发明一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法的技术路线示意图；
图2为本发明角锥棱镜阵列光学原理示意图；
图3为通用显微成像***前照光照明光场原理示意图；
图4为本发明利用角锥棱镜阵列生成双向的照明光场分布示意图；
图5为本发明浮游生物显微观测区域示意图；
1.角锥棱镜，2.光源，3.物镜，4.照相机，5.浮游生物显微观测区域，6.第一不透明物体，7.透明物体，8.第二不透明物体，12.角锥棱镜载体，20.入射光，21.反射光。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法的方法，技术方案是：将物镜3、光源2和角锥棱镜载体12放置于具有待观测浮游生物的水中，所述角锥棱镜载体12朝向物镜3的端面上具有若干个角锥棱镜1形成的角锥棱镜阵列，所述物镜3的中心轴垂直于角锥棱镜载体12的端面，所述光源2和物镜3位于同一侧，打开光源2，通过照相机4进行拍照。
我们知道在海洋中，观察中小型浮游生物的时候，因为浮游生物在观察视野中的出现具有随机性，即浮游生物在观察视野中可以同时出现透明或近似透明目标和非透明目标，现有的显微探测***其设计的照明光场分布方式均是单向的，在同一个***中是不能采用单一入射照明方式下实现对透明和非透明目标进行兼顾观测的。因此在普通显微光学***中实现照明光场的双向分布，即建立适合于宽透射率的“入射-逆反射”显微光场照明方法，是解决原位显微观测***对目标适应性的关键问题之一。
所谓单向的照明光场分布方式，即对于高透射率的透明或近似透明目标来说如小型水母和浮蚕等，采用将光源设置于待观察目标背面的背照光技术的暗视场照明，该技术利用背照光穿过透明目标高透射率边缘产生较强的前向散射成像，可获得较好的透明目标图像；但对于低透射率的非透明目标如桡足类和被囊类等，只能用将光源设置于待观察目标前面的前照光照明，利用目标的反射光成像，若用背照光只能获得剪影效果的边缘图像，难以获得表面细节。
参阅图1，图1为本发明一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法的技术路线示意图，我们知道在光学显微观察视野中，中小型海洋浮游生物的出现具有随机性，即浮游生物显微观测区域可以同时出现高透射率的透明或近似透明目标和低透射率的非透明目标。针对当前光学观测***显微光场的单一性，将入射照明与逆反射照明相结合，即对于低透射率的非透明类目标，采用光源2入射光照明形成成像光场；对于高透射率的透明类目标，采用角锥棱镜1逆反射光照明成像光场。采用入射照明场与逆反射照明光场并存的双向照明光场的成像特性，建立适合于宽透射率的“入射-逆反射”双向显微光场照明方法，在同一套原位显微成像***中，实现可满足对不同透射率目标成像的照明光场。
实施例1，参阅图3和图5，图3为通用显微成像***前照光照明光场原理示意图，图5为本发明浮游生物显微观测区域示意图。为了构建一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法。首先选择现有技术中，通用的显微成像***前照光入射照明方式，建立针对非透明目标的显微入射照明光场，在该光场中***可利用该类目标反射光较强的特性，获得高信噪比图像。
图5中，我们利用通用的显微成像***前照光入射照明方式，建立了针对非透明目标的显微入射照明光场，在浮游生物显微观测区域5，第一不透明物体6和第二不透明物体8因为是光线不能投射物体，光源2发出的入射光射到第一不透明物体6和第二不透明物体8上，通过反射光成像，可以在物镜3中观察到第一不透明物体6和第二不透明物体8的图像。因为透明物体7为光线可以投射物体，光源2发出的入射光射到透明物体7，90％以上的光能量将透过目标透明物体7，不会产生反射光，不能成像。
实施例2，参阅图2、图4和图5，图2为本发明角锥棱镜阵列光学原理示意图，图4为本发明利用角锥棱镜阵列生成双向的照明光场分布示意图，图5为本发明浮游生物显微观测区域示意图。
参阅图2，角锥棱镜1是一种作回射用的玻璃元件，它用三个90°角回射入射光束，所述角锥棱镜1采用角锥棱镜阵列。在同一个光路中，当入射照明应用于透明目标时，90％以上的光能量将透过目标不能参与成像，因此，如果单纯依靠反射光成像，则无法获得清晰成像。本发明拟利用角锥棱镜1照明原理，将由同一组入射照明光源2发出的穿过透明目标的光线，经角锥棱镜1阵列形成逆反射光，可在同一个显微观测区域形成逆反射光场，从透明目标的背面进行透射式照明，利用目标较强的前向散射光成像，从而有效提高信噪比，最终获得清晰的透明目标显微图像。
参阅图4和图5，将物镜3、光源2和角锥棱镜载体12放置于具有待观测浮游生物的水中，所述角锥棱镜载体12朝向物镜3的端面上具有若干个角锥棱镜1形成的角锥棱镜阵列，所述物镜3的中心轴垂直于角锥棱镜载体12的端面，所述光源2和物镜3位于同一侧，打开光源2，通过照相机4进行拍照。
采用将所述光源2和物镜3位于同一侧的前照光照明，由同一组入射照明光源2发出的穿过透明目标的光线，经角锥棱镜1阵列形成逆反射光，从而使得“入射光和逆反射光”共存，可在同一个显微观测区域形成双向照明光场，因此可以同时观测透明目标和非透明目标，产生的浮游生物可以通过照相机4进行拍照。
图5中，是利用我们研制的一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法的浮游生物显微观测成像图，在浮游生物显微观测区域5，第一不透明物体6和第二不透明物体8因为是光线不能投射物体，光源2发出的入射光射到第一不透明物体6和第二不透明物体8上，通过反射光成像，可以在物镜3中观察到第一不透明物体6和第二不透明物体8的图像。
采用前照光照明，因为透明物体7为光线可以投射物体，由同一组入射照明光源2发出的穿过透明物体7的光线，经角锥棱镜1阵列形成逆反射光，从透明物体7的背面进行透射式照明，利用目标较强的前向散射光成像，从而有效提高信噪比，最终获得清晰的透明物体7显微图像。
进一步的，所述光源2发出的光的中心轴与物镜3中心轴的夹角>0°,且<90°，这样可以保证光源2发出的光线会射到角锥棱镜1阵列。
进一步的，所述光源2数量为1个；所述光源2数量至少为为2个。
进一步的，所述光源2为电光源，需要说明的是，电光源是将电能转换为光能的器件或装置，常用的电光源有：热致发光电光源，如白炽灯、卤钨灯；气体放电发光电光源，如荧光灯、汞灯、钠灯、金属卤化物灯；固体发光电光源，如LED灯。
进一步的，所述光源2为LED灯或白炽灯，LED灯价格便宜、寿命长、亮度非常高，在视野中能够看得比较清晰。
进一步的，所述角锥棱镜1将光源2的入射光20逆反射后形成的最终反射光21与入射光20相平行。
本发明实施例提供的一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法的方法，具有以下有益效果：本发明通过在面向显微镜的物镜位置设置角锥棱镜，利用角锥棱镜可以将入射光按原光路返回形成逆反射光的特点，采用显微观测区域前照光照明方式，由同一组入射照明光源发出的穿过透明目标的光线，经角锥棱镜阵列形成逆反射光，从而使得入射光和逆反射光共存，可在同一个显微观测区域形成双向照明光场，因此可以同时观测透明目标和非透明目标。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法，其特征在于：将物镜(3)、光源(2)和角锥棱镜载体(12)放置于具有待观测浮游生物的水中，所述角锥棱镜载体(12)朝向物镜(3)的端面上具有若干个角锥棱镜(1)形成的角锥棱镜阵列，所述物镜(3)的中心轴垂直于角锥棱镜载体(12)的端面，所述光源(2)和物镜(3)位于同一侧，打开光源(2)，通过照相机(4)进行拍照。
2.如权利要求1所述的一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法，其特征是：所述光源(2)发出的光与物镜(3)中心轴的夹角>0°,且<90°。
3.如权利要求1所述的一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法，其特征是：所述光源(2)数量为1个。
4.如权利要求1所述的一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法，其特征是：所述光源(2)数量至少为2个。
5.如权利要求1所述的一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法，其特征是：所述光源(2)为电光源。
6.如权利要求5所述的一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法，其特征是：所述光源(2)为LED灯或白炽灯。
7.如权利要求1所述的一种适应不同透射率目标的海洋生物双向光场原位观测方法，其特征在于：所述角锥棱镜(1)将光源(2)的入射光(20)逆反射后形成的最终反射光(21)与入射光(20)相平行。
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