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原文传递一种大视场超分辨流体显微成像系统及其实现方法

专利名称：	一种大视场超分辨流体显微成像系统及其实现方法
摘要：	本发明公开了一种大视场超分辨流体显微成像系统及其实现方法，属于光流体、光聚焦、光成像等领域，主要涉及微纳光学、微纳加工、微流控、显微成像等技术。本专利将超振荡平面柱透镜用于流体显微成像，借助其可在透镜后表面的远场甚至超远场处产生半高宽突破衍射极限光片的优势，将产生的光片作为超分辨片光源，利用样品在微流体中的随动现象，对样品进行面扫描成像，有效突破经典光学领域视场与分辨率之间的固有矛盾，满足未来片上智能流体分析测试系统的发展要求，创制一种全新的流体显微成像与检测分析新方法。本发明提出的大视场超分辨流体显微成像方法还可拓展为将超振荡平面柱透镜产生的光片作为动态超分辨片光源，对生物组织进行层析显微成像，对整个显微光学成像领域中存在的视场与超分辨问题具有颠覆性意义。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	西北工业大学深圳研究院
发明人：	虞益挺;李文丽;赫培;苑伟政
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910867232.X
公开号：	CN110618131A
代理机构：	西北工业大学专利中心
代理人：	吕湘连
分类号：	G01N21/84(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	518000 广东省深圳市南山区粤海街道高新技术产业园南区虚拟大学园
主权项：	1.一种大视场超分辨流体显微成像系统，其特征在于，包括光片调制模块100，用于提供覆盖整个流体沟道的大视场超分辨光片，以提供入射结构光照明待测样品；微流控调制模块200，用于提供运动速度可控的待测目标；采集模块300，用于采集流经超分辨光片处样品截面的序列图像；重构模块400，用于将采集到的多帧图像序列利用图像重构算法进行三维重建。 2.一种如权利要求1所述的大视场超分辨流体显微成像系统，其特征在于，所述的光片调制模块100具体包括：超振荡平面柱透镜1，激光器或超连续可调光源，激光扩束镜，偏振态调制模块；所述的微流控调制模块200主要包括微流控芯片2；所述的采集模块300主要包括：成像透镜3和高速相机4；所述的重构模块400主要包括GPU处理器5；GPU处理器5中的图像序列预处理模块对实时采集到的混叠图像进行滤波降噪预处理，后续超分辨图像序列三维重建模块包括水平配准及深度计算两部分内容；所述激光器或超连续可调光源发射的一束平面波垂直入射到超振荡平面柱透镜1上后，依次通过所述激光扩束镜和偏振态调制模块后，在超振荡平面柱透镜1的正下方产生超分辨光片，形成的光片照亮微流控芯片2沟道的待成像区域，光片与沟道截面平行，成像透镜3及高速相机4依次置于微流控芯片2的端面，且所述微流控芯片2的沟道、成像透镜3与高速相机4的感光面同轴，利用GPU处理器5结合图像重构算法对采集到的图像序列进行三维重建。 3.一种如权利要求2所述的大视场超分辨流体显微成像系统，其特征在于，所述的超振荡平面柱透镜1为长度l1、宽度w1、厚度为t的直槽型结构；由超振荡平面柱透镜1产生的超分辨光片长度为l2、宽度为w2，流体沟道的截面宽度w3满足：w3≤w2，流体沟道的截面深度l3满足：l3≤l2。 4.一种如权利要求2所述的大视场超分辨流体显微成像系统，其特征在于，所述超振荡平面柱透镜1面向可见光、近红外、中波红外、长波红外或太赫兹的电磁谱段，材料为Si3N4、SiO2、TiO2、Si、Ge或BaF2。 5.一种基于如权利要求1-4之一所述系统进行大视场超分辨流体显微成像的方法，包括以下基本步骤：步骤S401：将入射平面波照射到超振荡平面柱透镜1上，精确控制微流控芯片2中的液体流速，利用成像镜头3及高速相机4对超分辨光片沿流体沟道方向进行切片扫描的不同帧频序列图像进行采集；步骤S402：利用图像滤波降噪算法对采集到的图像进行预处理，并从水平配准及深度计算两方面对预处理后的图像序列进行立体重构，利用层析图像处理算法重构目标的三维立体影像，进而实现大视场超分辨成像。 6.一种大视场超分辨显微层析成像系统，其特征在于，包括光片调制模块100、待测样品、采集模块300、重构模块400；所述的光片调制模块100具体包括：超振荡平面柱透镜1，激光器或超连续可调光源，激光扩束镜，偏振态调制模块；所述的采集模块300主要包括：置于精密压电位移台上的成像透镜3和高速相机4；所述的重构模块400主要包括GPU处理器5；GPU处理器5中的图像序列预处理模块对实时采集到的混叠图像进行滤波降噪预处理，后续超分辨图像序列三维重建模块包括水平配准及深度计算两部分内容；所述激光器或超连续可调光源发射的一束平面波垂直入射到超振荡平面柱透镜1上后，依次通过所述激光扩束镜和偏振态调制模块后，在超振荡平面柱透镜1的正下方产生超分辨光片，形成的光片照亮待测样品的待成像区域，成像透镜3及高速相机4依次置于微流控芯片2的端面，利用GPU处理器5结合图像重构算法对采集到的图像序列进行三维重建。 7.一种基于如权利要求6所述系统进行大视场超分辨显微层析成像的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S401：将入射平面波照射到超振荡平面柱透镜1上，通过精密压电位移台控制成像透镜3沿与光片垂直的方向移动，利用成像透镜3及高速相机4对超分辨光片对样品进行切片扫描的不同帧频序列图像进行采集；步骤S402：利用图像滤波降噪算法对采集到的图像进行预处理，并从水平配准及深度计算两方面对预处理后的图像序列进行立体重构，利用层析图像处理算法重构目标的三维立体影像，进而实现大视场超分辨成像。
所属类别：	发明专利