CN113640294B - 曲面显微成像系统及其成像方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光学元件技术领域，特别涉及一种曲面显微成像系统及其成像方法，成像系统包括：变焦组件用于将显微成像焦面调整至对应焦面；时空照明调制组件用于在变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域；探测光调制组件用于探测成像区域，采集所有平面的聚焦面信号；信号同步组件用于确定变焦组件、时空照明调制组件及探测光调制组件之间的时序关系，并同步采集时序；采集与图像处理组件，用于在采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。由此，通过采用时分复用、快速变焦和空间光调制实现高速度的曲面建模及成像，保证一定分辨率下曲面信号的高速获取，适用于活体深层组织时间序列成像。

Description

曲面显微成像系统及其成像方法

技术领域

本申请涉及光学元件技术领域，特别涉及一种曲面显微成像系统及其成像方法。

背景技术

显微成像系统是连接宏观和微观世界的桥梁，常规显微成像系统将一个平面的样本面映射到一个平面探测器上，要求探测的样本面具有严格的平面切面。自然界中绝大多数样本具有复杂的曲面形状，为了在显微镜下观测，需要对样本进行切片；但对于活体样本而言，切片可能对样本造成严重损害。

相关技术中，对曲面形状进行观测通常需要进行三维成像，主要包括以下几种实现方式：基于轴向扫描的层析技术、多平面探测技术和光场探测技术。其中，轴向扫描技术通常使用压电位移台、电动调焦透镜等元件实现多个轴向位置的采集来获得三维信息；多平面探测技术通过相位调制等手段实现多个平面的同时成像，并保持成像的时空分辨率；光场探测技术通过单张图像重建三维图像，可以保持时间分辨率。

然而，轴向扫描的层析技术观测的时间分辨率受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制；多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，观测视场会平面数量的增多而减小；光场探测技术空间分辨率较差，且需要较长的时间实现三维图像的重建，亟待解决。

发明内容

本申请提供一种曲面显微成像系统及其成像方法，以通过采用时分复用、快速变焦和空间光调制实现高速度的曲面建模及成像，解决了相关技术中轴向扫描的层析技术受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制，多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，光场探测技术空间分辨率较差，且需要较长的时间的问题，保证一定分辨率下曲面信号的高速获取，适用于活体深层组织时间序列成像。

本申请第一方面实施例提供一种曲面显微成像系统，包括：

变焦组件，用于将显微成像焦面调整至对应焦面；

时空照明调制组件，用于在所述变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域；

探测光调制组件，用于探测所述成像区域，采集所有平面的聚焦面信号；

信号同步组件，用于确定所述变焦组件、所述时空照明调制组件及所述探测光调制组件之间的时序关系，并同步采集时序；以及

采集与图像处理组件，用于在所述采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所述所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。

可选地，所述变焦组件包括：

变焦元件，用于改变显微成像焦面，直至采集完所有平面的焦面的聚焦面信号；

转盘，用于将所述变焦元件的位置切换至对应焦面的位置；

第一同步设备，用于接收所述信号同步组件的时序信号，并发送所述转盘的位置编码信号至所述采集与图像处理组件。

可选地，所述时空照明调制组件包括：

光源；

时空光场调制设备，用于不同时间给光场对应的照亮强度和相位调制；

透镜，用于把所述目标的发射光映射到所述探测光调制组件及相机平面；

第二同步设备，用于接收所述信号同步组件的时序信号，并输出当前照明状态编码和/或探测状态编码至所述信号同步组件。

可选地，所述采集与图像处理组件包括：

相机；

成像模块，用于利用所述相机对所有高度的区域叠加后进行成像，得到所述曲面图像。

可选地，所述采集与图像处理组件还包括：

存储器，用于存储所述曲面图像和/或所述所有平面的聚焦面信号。

本申请第二方面实施例提供一种曲面显微成像系统的成像方法，采用上述的曲面显微成像系统，包括以下步骤：

利用所述变焦组件将显微成像焦面调整至对应焦面；

在所述变焦组件的扫描周期内，通过所述时空照明调制组件照亮聚焦位置对应的成像区域；

通过所述探测光调制组件探测所述成像区域，采集所有平面的聚焦面信号；

基于所述信号同步组件确定所述变焦组件、所述时空照明调制组件及所述探测光调制组件之间的时序关系，并同步采集时序；以及

在所述采集时序结束后，通过所述采集与图像处理组件基于目标的三维形状分布，结合所述所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。

可选地，根据本申请实施例的方法，还包括：

通过所述变焦元件改变显微成像焦面，直至采集完所有平面的焦面的聚焦面信号；

利用所述转盘将所述变焦元件的位置切换至对应焦面的位置；

通过所述第一同步设备接收所述信号同步组件的时序信号，并发送所述转盘的位置编码信号至所述采集与图像处理组件。

可选地，根据本申请实施例的方法，还包括：

通过所述时空光场调制设备在不同时间给光场对应的照亮强度和相位调制；

利用所述透镜把所述目标的发射光映射到所述探测光调制组件及相机平面；

通过所述第二同步设备接收所述信号同步组件的时序信号，并输出当前照明状态编码和/或探测状态编码至所述信号同步组件。

可选地，根据本申请实施例的方法，还包括：

利用所述相机对所有高度的区域叠加后进行成像，得到所述曲面图像。

可选地，根据本申请实施例的方法，还包括：

存储所述曲面图像和/或所述所有平面的聚焦面信号。

由此，可以通过信号同步组件确定变焦组件、时空照明调制组件及探测光调制组件之间的时序关系，并通过变焦组件将显微成像焦面调整至对应焦面，并通过时空照明调制组件在变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域，并通过探测光调制组件探测成像区域，采集所有平面的聚焦面信号，从而通过采集与图像处理组件在采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。由此，通过采用时分复用、快速变焦和空间光调制实现高速度的曲面建模及成像，解决了相关技术中轴向扫描的层析技术受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制，多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，光场探测技术空间分辨率较差，且需要较长的时间的问题，保证一定分辨率下曲面信号的高速获取，适用于活体深层组织时间序列成像。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的一种曲面显微成像系统的方框示意图；

图2为根据本申请一个实施例的曲面显微成像系统的成像方法的流程图；

图3为根据本申请一个实施例的曲面显微成像系统的原理示意图；

图4为根据本申请一个具体实施例的曲面显微成像系统；

图5为根据本申请另一个具体实施例的曲面显微成像系统；

图6为根据本申请又一个具体实施例的曲面显微成像系统；

图7为根据本申请实施例的曲面显微成像系统的成像方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的曲面显微成像系统及其成像方法。针对上述背景技术中心提到的相关技术中轴向扫描的层析技术受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制，多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，光场探测技术空间分辨率较差，且需要较长的时间的问题，本申请提供了一种曲面显微成像系统，在该方法中，可以通过信号同步组件确定变焦组件、时空照明调制组件及探测光调制组件之间的时序关系，并通过变焦组件将显微成像焦面调整至对应焦面，并通过时空照明调制组件在变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域，并通过探测光调制组件探测成像区域，采集所有平面的聚焦面信号，从而通过采集与图像处理组件在采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。由此，通过采用时分复用、快速变焦和空间光调制实现高速度的曲面建模及成像，解决了相关技术中轴向扫描的层析技术受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制，多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，光场探测技术空间分辨率较差，且需要较长的时间的问题，保证一定分辨率下曲面信号的高速获取，适用于活体深层组织时间序列成像。

具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种曲面显微成像系统的方框示意图。

如图1所示，该曲面显微成像系统10包括：变焦组件100、时空照明调制组件200、探测光调制组件300、信号同步组件400和采集与图像处理组件500。

其中，变焦组件100用于将显微成像焦面调整至对应焦面。

可选地，在一些实施例中，变焦组件100包括：变焦元件、转盘和第一同步设备。其中，变焦元件，用于改变显微成像焦面，直至采集完所有平面的焦面的聚焦面信号；转盘，用于将变焦元件的位置切换至对应焦面的位置；第一同步设备，用于接收信号同步组件400的时序信号，并发送转盘的位置编码信号至采集与图像处理组件500。

时空照明调制组件200用于在变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域。

可选地，在一些实施例中，时空照明调制组件200包括：光源、时空光场调制设备、透镜和第二同步设备。其中，时空光场调制设备用于不同时间给光场对应的照亮强度和相位调制；透镜用于把目标的发射光映射到探测光调制组件及相机平面；第二同步设备用于接收信号同步组件400的时序信号，并照明状态编码和/或探测状态编码至信号同步组件400。

探测光调制组件300用于探测成像区域，采集所有平面的聚焦面信号；信号同步组件400用于确定变焦组件100、时空照明调制组件200及探测光调制组件300之间的时序关系，并同步采集时序；采集与图像处理组件500用于在采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。

可选地，在一些实施例中，采集与图像处理组件500包括：相机和成像模块。其中，成像模块用于利用相机对所有高度的区域叠加后进行成像，得到曲面图像。

可选地，在一些实施例中，采集与图像处理组件500还包括：存储器，用于存储曲面图像和/或所有平面的聚焦面信号。

其中，变焦元件可以为不同厚度的玻璃片，或者微透镜阵列其他光学元件；转盘可以为光学斩波器，或者高速旋转台等其他光学元件；第一同步设备可以为转盘位置编码输出元件，例如光电位置传感器，在此不做具体限定；光源可以发射照明光，光源可以选用发光二极管或者激光器，并且可以根据激发波长要求在光源后放置滤光片；时空光场调制设备可以为光阑、振镜、空间光调制器或者数字微镜阵列等，时空光场调制设备可以在不同时间给光场不同的强度和相位调制；透镜可以为凸透镜、凹透镜、平面镜或者各种镜头元件；第二同步设备可以为单片机处理器系统；信号同步组件400可以为具有数字模拟信号输入和输出功能的信号采集卡；采集与图像处理组件500可以包括相机、计算机和带有外围设备接口的微型计算机。

具体而言，本申请实施例的信号同步组件400可以确定出变焦组件100、时空照明调制组件200和探测光调制组件300的时序信号，并分别将时序信号发送至第一同步设备、第二同步设备和探测光调制组件300。变焦元件可以改变显微成像焦面，从而通过对应厚度的变焦元件对样本不同深度进行探测；本申请实施例可以通过第一同步设备接收信号同步组件400发出的时序信号，第一同步设备还可以输出转盘位置编码信号；透镜可以把时空光场调制设备映射到样本平面，时空光场调制设备可以在不同时间给光场不同的强度和相位调制，第二同步设备可以接收信号同步组件400发出的时序信号，第二同步设备可以输出当前照明状态编码；探测光调制组件300可以与时空照明调制组件200共用时空光场调制设备、透镜和第二同步设备，此时，第二同步设备还可以输出当前探测状态编码。

需要说明的是，探测光调制组件300也可以不与时空照明调制组件200共用时空光场调制设备、透镜和第二同步设备，即探测光调制组件300也可以单独设置有时空光场调制设备、透镜和同步设备。采集与图像处理组件500可以包括有相机、存储器和成像模块，从而在采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。

为使得本领域技术人员进一步了解本申请实施例的曲面显微成像系统，下面结合具体实施例进行详细说明。

结合图2和图3所示，图2为本申请一个实施例的曲面显微成像系统的成像方法的流程图，图3为本申请一个实施例的曲面显微成像系统的原理示意图。

如图2所示，该曲面显微成像系统的成像方法的流程图，包括以下步骤：

S201，获取样本的三维形状分布。

S202，设置平面照明和探测模板。

S203，相机曝光开始。

S204，确定当前变焦元件和对应焦面。

S205，时空照明调制组件照亮聚焦位置对应的成像区域。

S206，探测光调制组件探测成像区域，采集所有平面的聚焦面信号。

S207，判断是否所有平面都已采集，如果是，执行步骤S208，否则，执行步骤S204。

S208，相机曝光结束，获得曲面图像。

S209，判断时序是否采集完成，如果是，执行步骤S210，否则，执行在步骤S203。

S210，结束。

也就是说，结合图3可知，本申请实施例可以通过分层扫描方式获得样本表面的三维形状分布，或者通过预先输入获得样本的三维形状分布，然后根据不同深度的样本位置设置平面照明和探测模板（如模板1、模板2……、模板3），其中，平面照明和探测模板即为时空照明调制组件200和探测光调制组件300中的时空光场调制设备，在相机成像一帧的时间内曝光都打开，高速转盘转过不同位置对应厚度的变焦元件（如变焦元件1、变焦元件2、……、变焦元件n），在每一个变焦元件的扫描周期内，时空照明调制组件200只照亮这一层变焦位置所对应的成像区域，或者探测光调制组件300只探测对应的成像区域，采集系统（如相机）对所有高度的区域叠加后进行成像，实现曲面的同时成像。需要说明的是，在采集系统（如相机）对所有高度的区域叠加后进行成像之前，本申请实施例还可以中继系统对一些图像（如尺寸过大或者过小）进行处理，通过改变图像空间位置将图像进行投射后，使得图像的大小满足采集系统的成像条件。

作为一种可能实现的方式，如图4所示，图4为本申请一个具体实施例的曲面显微成像系统。其中，光调制器件（如数字微镜阵列404）与样本410和相机413共轭，变焦元件（如玻璃片409）放置在转盘（如高速旋转台411）上，并放置于物镜408和样本410之间。（如激光光源401）发出的激光束经过透镜402、透镜403扩束，并通过TIR棱镜405照射在数字微镜阵列404上，并由二向色镜407反射进入曲面显微成像系统。数字微镜阵列404经透镜406、物镜408、玻璃片409映射到样本410上，信号光经过物镜408、透镜412成像到相机413上，该曲面显微成像系统可以对任意形状曲面进行成像。

具体地，结合图3可知，在成像前，首先对样本进行一次逐层扫描，确定曲面的形状，并确定每一个深度需要照明的部分，并在数字微镜阵列404上产生对应的照明模板。在成像时，转盘每圈发出一个信号，驱动相机开始曝光，转盘转到某一个厚度的变焦元件（如玻璃片）时，数字微镜阵列404产生对应的模板对样本进行照明，转盘转过所有厚度的变焦元件并将不同深度信号进行选择性照明和叠加，实现曲面成像，并使成像速度与相机帧率一致。

作为另一种可能实现的方式，结合图3和图5所示，图5为本申请另一个具体实施例的曲面显微成像系统。其中，光调制器件（如光阑505）和变焦元件（如玻璃片506）重叠放在转盘（如高速旋转台510）上，并与样本509和相机传感器512共轭。光源（如激光光源501）发出的激光束由二向色镜503反射进入曲面显微成像系统，经透镜502、透镜504扩束后入射到光调制器件505和变焦元件506，并通过透镜507、物镜508投射到样本509上信号光通过物镜508、透镜507也投射到光调制器件505和变焦元件（如玻璃片506）上，并通过透镜504、透镜511进一步投射到相机512上。该曲面显微成像系统可以应用于只在一个维度有变化的曲面，在成像前需要提前确定样本的曲面分布并加工适当的光阑形状，成像时转盘每转一圈相机曝光一次，样本的不同深度被选择性激发和叠加，实现曲面成像，并使成像帧率与相机帧率一致。

作为又一种可能实现的方式，结合图3和图6所示，图6为本申请又一个具体实施例的曲面显微成像系统。其中，光调制器件（如光阑604）和变焦元件（如玻璃片605）均放在转盘（如高速旋转台606）上，且旋转半径不同。光调制器件（如光阑604）与样本611和相机传感器613共轭。光源（如激光光源601）发出的激光束由平面镜607、二向色镜609反射进入曲面显微成像系统，经透镜602、透镜604扩束后入射到光调制器件（如光阑604）上，并通过透镜608、物镜610投射到样本611上。信号光通过物镜610、透镜612投射到相机613上，变焦元件（如玻璃片605）放置于透镜612和相机613之间，可以改变采集的焦平面。该曲面显微成像系统可以应用在一个维度有变化的曲面，在成像前需要提前确定样本的曲面分布并加工适当的光阑形状，成像时转盘每转一圈相机曝光一次，样本的不同深度被选择性激发和叠加，实现曲面成像，并使成像帧率与相机帧率一致。

根据本申请实施例提出的曲面显微成像系统，可以通过信号同步组件确定变焦组件、时空照明调制组件及探测光调制组件之间的时序关系，并通过变焦组件将显微成像焦面调整至对应焦面，并通过时空照明调制组件在变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域，并通过探测光调制组件探测成像区域，采集所有平面的聚焦面信号，从而通过采集与图像处理组件在采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。由此，通过采用时分复用、快速变焦和空间光调制实现高速度的曲面建模及成像，解决了相关技术中轴向扫描的层析技术受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制，多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，光场探测技术空间分辨率较差，且需要较长的时间的问题，保证一定分辨率下曲面信号的高速获取，适用于活体深层组织时间序列成像。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的曲面显微成像系统的成像方法。

图7是本申请实施例的曲面显微成像系统的成像方法的流程图。

如图7所示，该曲面显微成像系统的成像方法采用上述的曲面显微成像系统，包括以下步骤：

S701，利用变焦组件将显微成像焦面调整至对应焦面。

S702，在变焦组件的扫描周期内，通过时空照明调制组件照亮聚焦位置对应的成像区域。

S703，通过探测光调制组件探测成像区域，采集所有平面的聚焦面信号。

S704，基于信号同步组件确定变焦组件、时空照明调制组件及探测光调制组件之间的时序关系，并同步采集时序。

S705，在采集时序结束后，通过采集与图像处理组件基于目标的三维形状分布，结合所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。

可选地，根据本申请实施例的方法，还包括：

通过变焦元件改变显微成像焦面，直至采集完所有平面的焦面的聚焦面信号；

利用转盘将变焦元件的位置切换至对应焦面的位置；

通过第一同步设备接收信号同步组件的时序信号，并发送转盘的位置编码信号至采集与图像处理组件。

可选地，根据本申请实施例的方法，还包括：

通过时空光场调制设备在不同时间给光场对应的照亮强度和相位调制；

利用透镜把目标的发射光映射到探测光调制组件及相机平面；

通过第二同步设备接收信号同步组件的时序信号，并输出当前照明状态编码和/或探测状态编码至信号同步组件的。

可选地，根据本申请实施例的方法，还包括：

利用相机对所有高度的区域叠加后进行成像，得到曲面图像。

可选地，根据本申请实施例的方法，还包括：

存储曲面图像和/或所有平面的聚焦面信号。

需要说明的是，前述对曲面显微成像系统实施例的解释说明也适用于该实施例的曲面显微成像系统及其成像方法，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的曲面显微成像系统及其成像方法，可以通过信号同步组件确定变焦组件、时空照明调制组件及探测光调制组件之间的时序关系，并通过变焦组件将显微成像焦面调整至对应焦面，并通过时空照明调制组件在变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域，并通过探测光调制组件探测成像区域，采集所有平面的聚焦面信号，从而通过采集与图像处理组件在采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所有平面的聚焦面信号得到曲面图像。由此，通过采用时分复用、快速变焦和空间光调制实现高速度的曲面建模及成像，解决了相关技术中轴向扫描的层析技术受到轴向扫描速度和相机成像速度的限制，多平面探测技术受到相机靶面大小的限制，光场探测技术空间分辨率较差，且需要较长的时间的问题，保证一定分辨率下曲面信号的高速获取，适用于活体深层组织时间序列成像。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或N个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种曲面显微成像系统，其特征在于，包括：

变焦组件，用于将显微成像焦面调整至对应焦面；

时空照明调制组件，用于在所述变焦组件的扫描周期内，照亮聚焦位置对应的成像区域；

探测光调制组件，用于探测所述成像区域，采集所有平面的聚焦面信号；

信号同步组件，用于确定所述变焦组件、所述时空照明调制组件及所述探测光调制组件之间的时序关系，并同步采集时序；以及

采集与图像处理组件，用于在所述采集时序结束后，基于目标的三维形状分布，结合所述所有平面的聚焦面信号得到曲面图像；

其中，所述时空照明调制组件包括：光源；时空光场调制设备，用于不同时间给光场对应的照亮强度和相位调制；透镜，用于把所述目标的发射光映射到所述探测光调制组件及相机平面；第二同步设备，用于接收所述信号同步组件的时序信号，并输出当前照明状态编码和/或探测状态编码至所述信号同步组件。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变焦组件包括：

变焦元件，用于改变显微成像焦面，直至采集完所有平面的焦面的聚焦面信号；

转盘，用于将所述变焦元件的位置切换至对应焦面的位置；

第一同步设备，用于接收所述信号同步组件的时序信号，并发送所述转盘的位置编码信号至所述采集与图像处理组件。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集与图像处理组件包括：

相机；

成像模块，用于利用所述相机对所有高度的区域叠加后进行成像，得到所述曲面图像。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述采集与图像处理组件还包括：

存储器，用于存储所述曲面图像和/或所述所有平面的聚焦面信号。

5.一种曲面显微成像系统的成像方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的曲面显微成像系统，包括以下步骤：

利用所述变焦组件将显微成像焦面调整至对应焦面；

在所述变焦组件的扫描周期内，通过所述时空照明调制组件照亮聚焦位置对应的成像区域；

通过所述探测光调制组件探测所述成像区域，采集所有平面的聚焦面信号；

基于所述信号同步组件确定所述变焦组件、所述时空照明调制组件及所述探测光调制组件之间的时序关系，并同步采集时序；以及

在所述采集时序结束后，通过所述采集与图像处理组件基于目标的三维形状分布，结合所述所有平面的聚焦面信号得到曲面图像；

通过所述时空光场调制设备在不同时间给光场对应的照亮强度和相位调制；利用透镜把所述目标的发射光映射到所述探测光调制组件及相机平面；通过第二同步设备接收所述信号同步组件的时序信号，并输出当前照明状态编码和/或探测状态编码至所述信号同步组件。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

通过变焦元件改变显微成像焦面，直至采集完所有平面的焦面的聚焦面信号；

利用转盘将所述变焦元件的位置切换至对应焦面的位置；

通过第一同步设备接收所述信号同步组件的时序信号，并发送所述转盘的位置编码信号至所述采集与图像处理组件。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

利用相机对所有高度的区域叠加后进行成像，得到所述曲面图像。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

存储所述曲面图像和/或所述所有平面的聚焦面信号。

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