CN108873301A - 一种大视场高分辨率2d/3d显微镜 - Google Patents

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王琼华
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Abstract

本发明提出一种大视场高分辨率2D/3D显微镜。该显微镜包括物镜阵列的显微成像主体、裸眼2D/3D兼容显示器、数据处理的计算机，其中物镜阵列的显微成像主体由物镜阵列、相机阵列、公共镜筒、姿态转换器、镜架和载物台组成。物镜阵列连接于姿态转换器上，并共用一个公共镜筒，每个物镜所成的像被对应相机阵列的相机采集，最后生成一幅大视场2D图像或者3D合成图像。本发明提出的显微镜具有大视场高分辨率2D成像与显示，以及3D成像与显示等优点。

Description

一种大视场高分辨率2D/3D显微镜
技术领域
本发明涉及一种显微镜，更具体地说，本发明涉及一种大视场高分辨率2D/3D(二维/三维)显微镜。
背景技术
显微镜是当今科技和生活诸多方面不可或缺的重要仪器。科技的进步也使显微镜的应用范围和功能需求发生着日新月异的变化，例如，生命科学、环境安全、微纳加工等领域对神经网络、稀有细胞、微生物和集成微纳结构的大视场再现和快速检测需要显微镜有着更大的成像视场，而科学研究、教学示范等领域对显微镜功能提出了共享性、实时性和立体性等新的要求。因此，除了高分辨率外，大视场和裸眼3D显示都是其急需的功能。由于光学原理的限制，目前传统的显微镜的视场仅能做到1mm左右；而在3D显微显示方面，虽然出现了激光扫描实时立体显微镜，但该显微镜以红蓝眼镜的方式实现了立体观看和显示，存在严重的视疲劳和颜色失真。此外，需要佩戴眼镜观看也降低了观看的方便性和舒适度。总之，目前的显微镜尚不具有大视场高分辨兼顾且裸眼3D显示的功能。
发明内容
本发明提出一种大视场高分率2D/3D显微镜。如附图1所示，该显微镜包括物镜阵列的显微成像主体、裸眼2D/3D兼容显示器和数据处理的计算机。
物镜阵列的显微成像主体由物镜阵列、相机阵列、公共镜筒、姿态转换器、镜架和载物台组成。物镜阵列由多个物镜构成并连接于一个姿态转换器上，并共用一个公共镜筒，每个物镜所成的像被对应相机阵列的相机采集，最后生成一幅大视场2D拼接图像或者3D合成图像，姿态转换器可以调节物镜的排布姿态进行2D或者3D显微成像。
在2D大视场显微模式时，如附图2(a)所示，物镜阵列呈会聚式排布，物镜阵列中的每个物镜采集被观测样品的一部分显微视场，即子视场，多个子视场小部分交叠在一起形成2D拍摄模式。每一个物镜获取被观测样品的部分2D信息，即子图像，这些子图像经过图像拼接处理最终形成大视场2D图像，用于高分辨率显微图像显示，此时裸眼2D/3D兼容显示器工作于2D显示模式。
在3D显微模式时，如附图2(b)所示，物镜阵列也呈会聚式排布，但会聚的角度进一步增大，多个子视场大部分交叠在一起形成3D拍摄模式。物镜阵列从多个角度获取被观测样品的3D信息，即获得视差图像，这些视差图像经过算法处理形成3D合成图像用于3D显示，此时裸眼2D/3D兼容显示器工作于裸眼3D显示模式。
本发明提出的显微镜的光学分辨率为单个物镜的分辨率，即如公式（1）所示。
（1）
其中δ为显微镜能分辨的距离，λ为波长，NA为物镜数值孔径。
优选地，裸眼2D/3D兼容显示器为光栅、集成成像和光场等裸眼2D/3D兼容显示器。
优选地，相机为CCD和CMOS相机。
优选地，物镜为显微物镜，物镜阵列由M个物镜构成，满足4≤M≤19。
本发明提出的显微镜具有大视场高分辨率2D成像与显示，以及3D成像与显示等优点。本发明提出的显微镜由物镜阵列采集显微图像进行大视场拼接，可在不降低光学分辨率的情况下实现大视场2D显微成像。本发明提出的显微镜通过物镜阵列进行3D拍摄，从而形成3D合成图像，用于3D显示。
附图说明
附图1为本发明的一种大视场高分率2D/3D显微镜的结构图。
附图2为本发明的2D大视场显微模式和3D显微模式下的工作原理示意图。
附图3为本发明的大视场2D图像拼接示意图。
附图4为本发明的3D合成图像形成示意图。
上述各附图中的图示标号为：
1物镜阵列，2相机阵列，3公共镜筒，4 姿态转换器，5镜架，6载物台，7数据处理的计算机，8裸眼2D/3D兼容显示器。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
下面详细说明本发明提出的一种大视场高分辨率2D/3D显微镜的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本实施例中的一种大视场高分辨率2D/3D显微镜包括物镜阵列的显微成像主体、裸眼2D/3D兼容显示器、数据处理的计算机，其中物镜阵列的显微成像主体由物镜阵列、相机阵列、公共镜筒、姿态转换器、镜架和载物台组成，其中物镜的放大倍率为10×，NA为0.25，视场为0.7mm。优选地，采用19个物镜组成物镜阵列，相机选用CMOS相机，其分辨率为2592×1944。
本实施例中中心的物镜姿态不变，在2D大视场显微模式时，物镜阵列通过姿态转换器由内到外第一层倾斜15°，第二层倾斜20°对样品进行显微成像，形成子图像。19个物镜视场拼接原理如附图3所示。由物镜阵列形成A-R个相互交叠的子视场进行大视场拼接，每一个子视场经初步裁剪后呈圆形，两两交叠后可形成正六边形的有效视场，如附图3中第A个子视场的虚线边界所示，以这种方式进行剪切和拼接，每个视场的裁剪方法都是一致的，会大大减少算法的难度从而提升拼接速度，最终形成的对角线视场为~10mm。
在3D显微模式时，继续调整物镜姿态，改变第一层物镜的倾斜度为25°，第二层为35°，所有物镜的视场区域大部分重合形成3D拍摄，19个物镜采集的视差图像形成3D合成图像，用于3D显示。如图4所示，物镜阵列采集子图像将形成视差图像，视差图像最后合成3D图像，通过裸眼2D/3D兼容显示器进行3D显示。

Claims (5)

1.一种大视场高分辨率2D/3D显微镜，包括物镜阵列的显微成像主体、裸眼2D/3D兼容显示器和数据处理的计算机，其中物镜阵列的显微成像主体由物镜阵列、相机阵列、公共镜筒、姿态转换器、镜架和载物台组成，物镜阵列由多个物镜构成并连接于一个姿态转换器上，并共用一个公共镜筒，每个物镜所成的像被对应相机阵列的相机采集，最后生成一幅大视场2D拼接图像或者3D合成图像，姿态转换器用于调节物镜的排布姿态进行2D或者3D显微成像。
2.根据权利要求1所述的大视场高分辨率2D/3D显微镜，其特征在于，在2D大视场显微模式时，物镜阵列呈会聚式排布，物镜阵列中的每个物镜采集被观测样品的一部分显微视场，即子视场，多个子视场小部分交叠在一起形成2D拍摄模式，每一个物镜获取被观测样品的部分2D信息，即子图像，这些子图像经过图像拼接处理最终形成大视场2D图像，用于高分辨率显微图像显示，此时裸眼2D/3D兼容显示器工作于2D显示模式；在3D显微模式时，物镜阵列也呈会聚式排布，但会聚的角度进一步增大，多个子视场大部分交叠在一起形成3D拍摄模式，物镜阵列从多个角度获取被观测样品的3D信息，即获得视差图像，这些视差图像经过算法处理形成3D合成图像用于3D显示，此时裸眼2D/3D兼容显示器工作于裸眼3D显示模式。
3.根据权利要求1所述的大视场高分辨率2D/3D显微镜，其特征在于，裸眼2D/3D兼容显示器为光栅、集成成像和光场等裸眼2D/3D兼容显示器。
4.根据权利要求1所述的大视场高分辨率2D/3D显微镜，其特征在于，相机阵列为CCD和CMOS相机。
5.根据权利要求1所述的大视场高分辨率2D/3D显微镜，其特征在于，物镜为显微物镜，物镜阵列由M个物镜构成，满足4≤M≤19。
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