CN113176662A - 一种显微成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显微成像装置，包括：载物台、放大组件、成像组件、多个微型相机以及图像处理模块。本发明在视野固定情况下，通过一次成像获得多个成像面的图像，保证进行图像融合的图像内容、位置及图像尺寸当量一致，大大缩小待融合图像的采集时间，并且配合有效的景深融合算法，用以提高的景深融合的准确率。

Description

一种显微成像装置

技术领域

本发明涉及显微成像领域，具体涉及一种显微成像装置。

背景技术

由于光学原理限制，显微成像***均存在分辨率与景深范围互限的情况，高分辨率就意味着景深浅。当检测的是有纵深感的样品，样品的纵深跨度超过显微镜的景深时，同一场景中位于不同距离的物体就不能同时清晰成像,即多焦面问题。在生物和医学的研究和应用中，通常需要对样品进行薄切片处理，才能在显微镜下进行观察，清晰成像，对于厚切片，或者体液有形成分检测、活细胞培养等无法进行样品结构改造时，传统显微镜无法满足单次清晰成像的要求。

传统的景深融合方法一般都是变焦距法、变孔径法、离焦法、景深叠加法等，虽然可以获得超景深的图像，但都需要多次改变焦距并采集图像。目前获得多焦面图像的方式都是手动调焦或依靠电机带动载物台上下移动或压电物镜致动器带动物镜移动来调节物镜与样品的距离，即调节焦距，但受机械结构所限，这些方式在调焦过程要花费不同程度的时间，不能满足快速调焦的要求，很难真正意义上实现实时景深融合。目前还有一种可以实现实时快速调焦的方法，在物镜后端面加入液体透镜，通过在相机的一个曝光时间内连续改变液体透镜的屈光度，从而实现快速焦距调节，可能实现实时在线景深融合。但这种方式会带来放大倍率的改变，这种在z轴方向放大变化是线性且可重复的，这在后续的图像处理时，会增加图像配准的难度，要对采集到的多个焦面的图像先进行大小配准再进行融合，增加了难度及计算时间。)此外，对于像数字病理显微成像***，其载物台是需要连续进行二维移动的，即进行扫描，最后将每个视野进行拼接成为一个数字病理图片，那么在液体透镜屈光度改变的一个周期内拍摄的一组照片将不是同一个视野，而是随着平台的移动发生偏移，这就增加了后续景深融合算法的难度、计算的时间以及准确率，很难实现真正的实时景深融合。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服在做景深融合时采集图像时间过长。

第一方面，本发明提供一种显微成像装置，包括：载物台，用以承载样本；放大组件，设于所述载物台上方；成像组件，设于所述放大组件上方，用以接收所述放大组件所射出的平行光并汇聚成一点，所述成像组件包括至少两个焦面；多个微型相机，分别设于所述焦面对应的成像面处，并拍摄所述成像面的图像；以及图像处理模块，用以获取多个成像面的图像并融合为一张图像。

进一步地，所述放大组件包括物镜。

进一步地，所述分光模块包括筒镜，所述筒镜的中心轴与所述放大组件的中心轴共线。

进一步地，所述的显微成像装置还包括：分光模块，用以将所述成像面与所述中心轴分离；所述分光模块包括：分光元件，设于所述成像组件的上方且对应所述成像面的汇聚光线。

进一步地，所述分光元件包括半反半透镜或分光棱镜。

进一步地，所述的显微成像装置还包括：分光模块，用以将所述成像面于所述中心轴处产生分离；所述分光模块包括分光元件，设于所述分光模块内且对应至少一焦点的平行光线，用以将所述平行光线折射至所述分光模块的侧部；聚光组件，设于所述分光模块的侧部，用以将折射的平行光汇聚为所述成像面。

进一步地，所述分光元件包括半反半透镜或分光棱镜；所述聚光组件包括筒镜。

进一步地，所述微型相机包括CCD相机。

进一步地，每一所述焦面的上方以及下方对应的成像面处分别设置所述微型相机。

进一步地，所述的显微成像装置还包括：聚光镜，设于所述载物台下方；反射镜，设于所述聚光镜下方；以及运动控制***，用以控制所述载物台进行移动。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供一种显微成像装置，在视野固定情况下，通过一次成像获得多个成像面的图像，保证进行图像融合的图像内容、位置及图像尺寸当量一致，大大缩小待融合图像的采集时间，并且配合有效的景深融合算法，用以提高的景深融合的准确率，缩短景深融合的时间，可以实现实时景深融合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中提供的显微成像装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1中提供的分光模块的结构示意图；

图3为本发明实施例1中提供的分光元件与成像组件的结构示意图；

图4为本发明实施例2中提供的分光元件与成像组件的结构示意图；

载物台101；放大组件102；分光模块103；

微型相机104；图像处理模块200；聚光镜106；反射镜107；

运动控制***108；载物片105；分光元件110。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1提供一种显微成像装置，包括：载物台101、放大组件102、成像组件111、多个微型相机104以及图像处理模块200。

所述载物台101用以承载一样本。

所述放大组件102设于所述载物台101上方。

所述成像组件111设于所述放大组件102上方，用以接收所述放大组件102所射出的平行光并汇聚成一点，所述成像组件102包括至少两个焦面。

所述多个微型相机104分别设于所述焦面对应的成像面处并拍摄所述成像面的图像。

所述图像处理模块200用以获取多个成像面的图像并融合为一张图像。

本发明提供一种显微成像装置，在视野固定情况下，通过一次成像获得多个成像面的图像，保证进行图像融合的图像内容、位置及图像尺寸当量一致，大大缩小待融合图像的采集时间，配合有效的景深融合算法，用以提高的景深融合的准确率，缩短景深融合的时间，可以实现实时的景深融合。

在本实施例中，所述载物台101上设有一载物片105，所述样本设于所述载物片105上。

在本实施例中，所述放大组件102包括物镜。物镜是由若干个透镜组合而成的一个透镜组。组合使用的目的是为了克服单个透镜的成像缺陷，提高物镜的光学质量。所述放大组件102用以将所述样本图像放大。

在本实施例中，所述分光模块103包括筒镜，所述筒镜的中心轴与所述放大组件102的中心轴共线。

在本实施例中，显微成像装置还包括：分光模块103，用以将所述成像面与所述中心轴分离，这样可以实现布置多台微型相机104，可以更好的布置微型相机104。

所述分光模块103包括：分光元件110，设于所述成像组件的上方且对应所述成像面的汇聚光线。所述分光元件110包括半反半透镜或分光棱镜。所述分光元件110的数量等于所述成像面的数量减去1。

如图2以及图3所示，焦面1,2,3，焦面的数量与位置是自定义的，其对应的成像面1’，2’，3’。图3中的分光元件110用以成像面2’，3’的汇聚光的光路折叠，用以使用以将所述成像面与所述中心轴分离，可以方便布置相机。进而可以实现每一所述焦面的上方以及下方对应的成像面处分别设置所述微型相机。即每一成像面对应一台微型相机104。而在当前对焦面的成像面出设置一台微型相机104，因此在图1中包括2n+1台微型相机104。

筒镜具有当前对焦面的成像面，比如焦面1可以为当前对焦面，1’为当前对焦面的成像面。

所述微型相机104包括CCD相机。CCD是电荷耦合器件(charge coupled device)的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的CCD相机元件，以其构成的CCD相机具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击之特性而被广泛应用。

在本实施例中，所述的显微成像装置还包括：聚光镜106、反射镜107以及运动控制***108。

所述聚光镜106设于所述载物台101下方，聚光镜106用以聚集光线；所述反射镜107设于所述聚光镜106下方，反射镜107用以反射光线；以及所述运动控制***108用以控制所述载物台101进行移动。

在本实施例中，所述图像处理模块200包括：获取单元以及融合单元。

所述获取单元用以获取多个成像面的图像；所述融合单元用以将多个成像面的图像并融合为一张图像。所述图像处理模块200以及所述运动控制***108通过计算机进行控制。

本发明提供的显微成像装置，当载物台101固定的时候，光线经聚光镜106聚集射至所述反射镜107表面，经反射镜107反射至样本，样本的图像经所述物镜放大后，在分光模块103处形成多个焦面以及相应的成像面，所述微型相机104采集成像面的图像后进行融合形成一张图像。

本发明能够摒弃传统手动调焦、电机带动载物台101调焦、压电物镜调焦方式造成的调焦运动时间耗时，且尤其适合应用于数字病理扫描、拼接成像这种应用场景，能够避免扫描过程视野和焦距同时改变给后续图像处理增加难度、计算时间的问题。能够后续景深融合提供原始图片素材，为做到实时景深融合提供强有力的助力。

实施例2

本发明实施例2提供一种显微成像装置，与实施例1不同之处在于，实施例2在成像组件的内部进行改造。

具体地，所述分光模块包括分光元件，设于所述分光模块内且对应至少一焦点的平行光线，用以将所述平行光线折射至所述分光模块的侧部。所述聚光组件设于所述分光模块的侧部，用以将折射的平行光汇聚为所述成像面。所述分光元件包括半反半透镜或分光棱镜；所述聚光组件包括筒镜。

参见图4所示，焦面1,2,3，本实施例中改造焦面1与3的光路，在内部设置分光元件将平行光路引出至成像组件的侧部，再将平行光汇聚成成像面1’，3’。这样的好处在于：物镜和筒镜之间的距离长，因此可以加多个分光元件，在与聚光组件想配合，因此可以获得多个成像面，通过微型相机拍摄的图像数量也会增加；此外在平行光路中加设分光元件对成像质量影响较小，因而获得成像面的图像质量较高。

实施例1改造的地方为成像组件的上方，而实施例2在成像组件的内部进行改造，可以获取更多的成像位置及更好的成像质量；进而后续的景深融合效果会更好。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种显微成像装置，其特征在于，包括：

载物台，用以承载样本；

放大组件，设于所述载物台上方；

成像组件，设于所述放大组件上方，用以接收所述放大组件所射出的平行光并汇聚成一点，所述成像组件包括至少两个焦面；

多个微型相机，分别设于所述焦面对应的成像面处，并拍摄所述成像面的图像；以及

图像处理模块，用以获取多个成像面的图像并融合为一张图像。

2.根据权利要求1所述的显微成像装置，其特征在于，

所述放大组件包括物镜。

3.根据权利要求1所述的显微成像装置，其特征在于，

所述分光模块包括筒镜，所述筒镜的中心轴与所述放大组件的中心轴共线。

4.根据权利要求1或3所述的显微成像装置，其特征在于，还包括：

分光模块，用以将所述成像面与所述中心轴分离；

所述分光模块包括：分光元件，设于所述成像组件的上方且对应所述成像面的汇聚光线。

5.根据权利要求4所述的显微成像装置，其特征在于，

所述分光元件包括半反半透镜或分光棱镜。

6.根据权利要求1或3所述的显微成像装置，其特征在于，还包括：分光模块，用以将所述成像面于所述中心轴处产生分离；

所述分光模块包括分光元件，设于所述分光模块内且对应至少一焦点的平行光线，用以将所述平行光线折射至所述分光模块的侧部；

聚光组件，设于所述分光模块的侧部，用以将折射的平行光汇聚为所述成像面。

7.根据权利要求6所述的显微成像装置，其特征在于，

所述分光元件包括半反半透镜或分光棱镜；所述聚光组件包括筒镜。

8.根据权利要求1所述的显微成像装置，其特征在于，

所述微型相机包括CCD相机。

9.根据权利要求1所述的显微成像装置，其特征在于，

每一所述焦面的上方以及下方对应的成像面处分别设置所述微型相机。

10.根据权利要求1所述的显微成像装置，其特征在于，还包括：

聚光镜，设于所述载物台下方；以及

反射镜，设于所述聚光镜下方。

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