CN115046635A - 一种高光谱显微成像系统、高光谱显微成像方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种高光谱显微成像系统，包括成像物镜、初步分光部件、可调分光器、成像部件、分光控制器。成像物镜、初步分光部件位于同一光轴，可调分光器、成像部件位于同一光轴。成像物镜用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至所述初步分光部件。初步分光部件用于将成像物镜透射的光进行初步分光并投射至可调分光器。可调分光器用于对初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至成像部件。分光控制器用于控制可调分光器中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围。成像部件用于根据可调分光器反射的若干不同波长的光，生成目标实物的高光谱图像。

Description

一种高光谱显微成像系统、高光谱显微成像方法

技术领域

本申请涉及高光谱成像技术领域，特别是涉及一种高光谱显微成像系统、高光谱显微成像方法。

背景技术

高光谱图像是在光谱维度上进行了更细致的分割，例如：可以把400nm-1000nm分为300个通道。因此，通过高光谱设备获取到的是图像数据，不仅有图像的信息，并且可以在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。

高光谱显微成像技术发展迅速，常见的包括分光技术包括光栅分光、棱镜分光等。其中，无论是光栅分光还是棱镜分光，一个棱镜或者一个光栅进行分光时，只能实现固定光谱范围的分光，并且光谱分辨率也是固定的。

然而，实际应用中，需要利用高光谱显微成像系统观察不同的实物，因此需要的光谱范围以及光谱分辨率是不同的，上述的分光技术需要频繁更换棱镜或者光栅，成像效率慢。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高成像效率的分光装置及其高光谱显微成像系统、以及高光谱显微成像方法。

第一方面，本申请提供了一种高光谱显微成像系统。所述高光谱显微成像系统包括成像物镜、初步分光部件、可调分光器、成像部件、分光控制器；所述成像物镜、所述初步分光部件位于同一光轴；所述可调分光器、所述成像部件位于同一光轴；

所述成像物镜用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至所述初步分光部件；

所述初步分光部件用于将所述成像物镜透射的光进行初步分光并投射至所述可调分光器；

所述可调分光器用于对所述初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至所述成像部件；所述可调分光器包括若干个微镜组成的衍射阵列，与所述分光控制器相连；

所述分光控制器用于控制所述可调分光器中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围；

所述成像部件用于根据所述可调分光器反射的若干不同波长的光，生成所述目标实物的高光谱图像。

在一个实施例中，所述初步分光部件包括可调狭缝、准直透镜；所述成像物镜、所述可调狭缝、所述准直透镜、所述可调分光器在同一光轴上依次排列；

所述成像物镜用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至所述可调狭缝；

所述可调狭缝用于将所述成像物镜透射的光衍射至所述准直透镜；

所述准直透镜用于将所述可调狭缝衍射的光加宽并平行透至所述可调分光器；

所述可调分光器用于对所述准直透镜透射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至所述成像部件。

在一个实施例中，所述系统还包括载物台；所述载物台、所述成像物镜、所述可调狭缝、所述准直透镜、所述可调分光器在同一光轴上依次排列；

所述载物台用于放置所述目标实物。

在一个实施例中，所述系统还包括光源，位于所述载物台的上方或侧方；

所述光源用于为所述载物台放置的所述目标实物提供光照。

在一个实施例中，所述载物台为电动位移载物台，与所述分光控制器相连；

所述分光控制器还用于控制所述载物台的移动。

在一个实施例中，所述载物台为电动位移载物台，与所述分光控制器相连；

所述分光控制器还用于控制所述载物台08的移动。

在一个实施例中，所述系统还包括反光镜；所述成像物镜、所述反光镜位于同一光轴；所述反光镜、所述可调狭缝、所述准直透镜、所述可调分光器在同一光轴依次排列；

所述成像物镜用于将被拍摄目标实物反射或透射的光放大并透射至所述反光镜；

所述反光镜将所述成像物镜透射的光反射至所述可调狭缝；

所述可调狭缝用于将所述反光镜反射的光衍射至所述准直透镜。

在一个实施例中，所述系统还包括普通成像传感器、分光镜、成像设备；所述成像物镜、所述分光镜、所述可调狭缝、所述准直透镜、所述可调分光器在同一光轴上依次排列同一光轴依次排列；

所述成像物镜用于将被拍摄目标实物反射或透射的光放大并透射至所述分光镜；

所述分光镜用于将所述成像物镜透射的光分为两束，一束光反射至所述普通成像传感器，一束光透射至所述可调狭缝；

所述普通成像传感器与所述成像设备相连，用于将感光面上的光像转换为相应的电信号传输至所述成像设备；

所述成像设备用于根据所述普通成像传感器传输的电信号，生成所述目标实物的普通图像。

在一个实施例中，所述成像部件包括成像透镜、高光谱成像传感器、成像设备；所述可调分光器、所述成像透镜、所述高光谱成像传感器在同一光轴上依次排列；

所述可调分光器用于对所述初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至所述成像透镜；

所述成像透镜用于对所述若干不同波长的光进行聚合，将得到的聚合光透射至所述高光谱成像传感器；

所述高光谱成像传感器与所述成像设备相连，用于将感光面上的光像转换为相应的电信号传输至所述成像设备；

所述成像设备用于根据所述高光谱成像传感器传输的电信号，生成所述目标实物的高光谱图像。

在一个实施例中，所述成像设备与所述分光控制器相连；

所述成像设备还用于发送控制指令至所述分光控制器；

所述分光控制器用于根据所述成像设备发送的指令，调整所述可调分光器中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围。

在一个实施例中，所述可调分光器为空间光调制器SLM或数字微镜器件DMD。

第二方面，本申请提供了一种高光谱显微成像方法。所述方法应用于如上述任一所述的高光谱显微成像系统中，所述方法包括：

所述分光控制器获取待拍摄的目标实物的光谱范围参数；

所述分光控制器基于所述光谱范围参数，对所述可调分光器的光谱范围进行调整；

所述成像部件根据调整光谱范围后的所述可调分光器衍射的若干不同波长的光，生成所述目标实物的高光谱图像。

在一个实施例中，所述分光控制器获取待拍摄的目标实物的光谱范围参数，包括：

所述分光控制器将所述可调分光器的光谱范围至预设的最大范围；

所述成像部件根据调整至所述最大光谱范围后的所述可调分光器衍射的若干不同波长的光，生成所述目标实物的初始高光谱图像；

所述成像部件根据所述初始高光谱图像中各个波长的光波的分布，确定所述目标实物的光波分布范围，并构建并发送相应的控制指令至所述分光控制器；

所述分光控制器根据所述控制指令确定所述目标实物的光谱范围参数。

在一个实施例中，在所述成像部件根据调整光谱范围后的所述可调分光器衍射的若干不同波长的光，生成所述目标实物的高光谱图像前，所述方法还包括：

所述分光控制器获取光谱分辨率；

所述分光控制器基于所述光谱分辨率，调整所述可调分光器中若干个微镜的工作微镜数量。

本申请提供了一种高光谱显微成像系统，所述高光谱显微成像系统包括成像物镜、初步分光部件、可调分光器、成像部件、分光控制器。成像物镜、初步分光部件位于同一光轴，可调分光器、成像部件位于同一光轴。成像物镜用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至所述初步分光部件。初步分光部件用于将成像物镜透射的光进行初步分光并投射至可调分光器。可调分光器用于对初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至成像部件。其中，可调分光器包括若干个微镜组成的衍射阵列，与分光控制器相连。分光控制器用于控制可调分光器中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围。成像部件用于根据可调分光器反射的若干不同波长的光，生成目标实物的高光谱图像。并提供了应用于此系统的高光谱显微成像方法，分光控制器获取待拍摄的目标实物的光谱范围参数，然后基于所述光谱范围参数，对可调分光器的光谱范围进行调整。成像部件根据调整光谱范围后的可调分光器衍射的若干不同波长的光，生成目标实物的高光谱图像。

上述高光谱显微成像系统、高光谱显微成像方法，利用分光控制器对可调分光器的衍射范围进行调整，无需更换分光器件，就可以完成不同高光谱范围的拍摄，避免了频繁更换分光器件，提升了高光谱显微成像效率。

附图说明

图1为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；

图2为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；

图3为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；

图4为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；

图5为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；

图6为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；

图7为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；

图8为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；

图9为本申请根据一个实施例示出的DMD结构示意图；

图10为本申请根据一个实施例示出的SLM结构示意图；

图11为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；

图12为本申请根据一个实施例示出的一种高光谱显微成像方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

相关技术中，高光谱显微成像系统中的分光装置多采用是以光栅或者棱镜为核心，因此能够实现的光谱范围是固定的，能够实现的分辨率也是固定的。

然而，在对实物进行拍摄时，对不同实物感兴趣的光谱范围是不同的，需要的光谱分辨率也是不同的，因此，若上一个实物与下一个实物感兴趣的光谱范围不同，就需要更换分光装置的光栅或者棱镜。

具体而言，相关技术中高光谱分光实现的光谱范围是固定的，如改变光谱范围只能更换不同参数的分光器件。此外，相关技术中的高光谱分光实现的光谱分辨率是固定的，对于不同分辨率精度的需求无法灵活满足实现。

基于此，本申请提供了一种高光谱显微成像系统，所述高光谱显微成像系统包括成像物镜、初步分光部件、可调分光器、成像部件、分光控制器。成像物镜、初步分光部件位于同一光轴，可调分光器、成像部件位于同一光轴。成像物镜用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至所述初步分光部件。初步分光部件用于将成像物镜透射的光进行初步分光并投射至可调分光器。可调分光器用于对初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至成像部件。其中，可调分光器包括若干个微镜组成的衍射阵列，与分光控制器相连。分光控制器用于控制可调分光器中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围。成像部件用于根据可调分光器反射的若干不同波长的光，生成目标实物的高光谱图像。

并提供了应用于此上述高光谱显微成像系统的高光谱显微成像方法，分光控制器获取待拍摄的目标实物的光谱范围参数，然后基于所述光谱范围参数，对可调分光器的光谱范围进行调整。成像部件根据调整光谱范围后的可调分光器衍射的若干不同波长的光，生成目标实物的高光谱图像。

通过本申请提供的高光谱显微成像系统，以及基于该高光谱显微成像系统对应的高光谱显微成像方法，利用分光控制器对可调分光器的衍射范围进行调整，无需更换分光器件，就可以完成不同高光谱范围的拍摄，避免了频繁更换分光器件，提升了高光谱显微成像效率。

首先对本申请提供的高光谱显微成像系统进行详细的说明。

如图1所示，为本申请根据一实施例示出的高光谱显微成像系统的结构示意图，包括成像物镜、初步分光部件、可调分光器、成像部件、分光控制器。其中，成像物镜、初步分光部件位于同一光轴，可调分光器、成像部件位于同一光轴。

需要说明的是，本申请附图中的箭头为光束的方向，是光束走向的示意。

成像物镜用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至初步分光部件。

其中，被拍摄的目标实物为实际应用中需要得到高光谱图像的实物，可以是医学中的病理切片，可以是水果，还可以是布料等，本申请不加以限制。成像物镜09根据实际需要，可选择4倍、10倍、20倍、60倍、100倍等倍数。

初步分光部件用于将成像物镜透射的光进行初步分光并投射至可调分光器。

其中，初步分光部件可以是由可调狭缝、准直透镜组成的，也可以是其他部件组合而成，初步分光部件能够对成像物镜透射的光进行粗维度的分光即可，即，初步分光部件能够得到低光谱分辨率的光即可。

可调分光器用于对初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至成像部件。其中，可调分光器包括若干个微镜组成的衍射阵列，与分光控制器相连。

分光控制器用于控制可调分光器中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围。

其中，分光控制器可以对可调分光器中的各个微镜的工作状态、各个微镜的角度以及各个微镜的间距等进行调整。

在一个实施例中，分光控制器可以通过操作人员输入的光谱范围参数，确定出待拍摄的目标实物的光谱范围参数，然后对可调分光器中的各个微镜的工作状态、各个微镜的角度以及各个微镜的间距等进行调整，以实现可调分光器的不同光谱范围。

成像部件用于根据可调分光器反射的若干不同波长的光，生成所述目标实物的高光谱图像。

在一个实施例中，如图2所示，初步分光部件可以包括可调狭缝、准直透镜。其中，成像物镜、可调狭缝、准直透镜、可调分光器在同一光轴上依次排列。

此时，成像物镜用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至所述可调狭缝。可调狭缝用于将成像物镜透射的光衍射至所述准直透镜。准直透镜用于将可调狭缝衍射的光加宽并平行透至所述可调分光器。可调分光器用于对准直透镜透射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至成像部件。

其中，相关人员可以手动调整可调狭缝的狭缝宽度，根据初步分光要求的不同，调整可调狭缝的狭缝宽度，狭缝宽度与狭缝衍射的关系此处不进行详细的赘述，参见相关技术中的描述即可。

在此实施例中，上述的初步分光部件由括可调狭缝、准直透镜构成，可以根据初步分光的要求不同，调整可调狭缝的狭缝宽度。

在一个实施例中，如图3所示，上述的高光谱显微成像系统还可以包括载物台。其中，载物台、成像物镜、可调狭缝、准直透镜、可调分光器在同一光轴上依次排列。载物台用于放置上述被拍摄的目标实物。

在此实施例中，在高光谱显微成像系统设置了用于放置上述被拍摄的目标实物的载物台，减少成像物镜寻找目标实物的过程。

在一个实施例中，如图4所示，载物台为电动位移载物台，与分光控制器相连。分光控制器可以控制载物台的电动机，使得载物台按照分光控制器指令进行移动。

在此实施例中，若被拍摄的目标实物过大，或者成像物镜的放大倍数过大，成像物镜不能将被拍摄的目标实物所以反射的光一次性进行透射，此时可以移动的载物台。通过分光控制器可以控制载物台的电动机，使得载物台按照分光控制器指令进行移动，完成对目标实物的全貌拍摄。

在一个实施例中，如图5所示，上述的高光谱显微成像系统还包括光源，位于载物台的上方或侧方。光源用于为载物台放置的目标实物提供光照。

在此实施例中，在环境昏暗的情况下，目标实物所反射的光过于微弱，不能完成对目标实物的高光谱图像的生成，利用光源为目标实物提供光照，以完成目标实物的高光谱图像的生成。

在一个实施例中，如图6所示，上述的高光谱显微成像系统还包括反光镜。其中，成像物镜、反光镜位于同一光轴，反光镜、可调狭缝、准直透镜、可调分光器在同一光轴依次排列。

此时，成像物镜用于将被拍摄目标实物反射或透射的光放大并透射至反光镜。反光镜用于将成像物镜透射的光反射至可调狭缝。可调狭缝用于将反光镜反射的光衍射至准直透镜。

在此实施例中，根据实际需要，通过反光镜改变成像物镜透射的光的光路。

在一个实施例中，如图7所示，上述的高光谱显微成像系统还包括普通成像传感器、分光镜、成像设备，其中，成像物镜、分光镜、可调狭缝、所述准直透镜、所述可调分光器在同一光轴依次排列。

此时，成像物镜用于将被拍摄目标实物反射或透射的光放大并透射至分光镜。分光镜用于将成像物镜透射的光分为两束，一束光反射至普通成像传感器，一束光透射至可调狭缝。普通成像传感器与成像设备相连，用于将感光面上的光像转换为相应的电信号传输至成像设备。成像设备用于根据普通成像传感器传输的电信号，生成所述实物的普通图像。

在一个实施例中，普通成像传感器的感光面接收分光镜折射的光，然后利用自身的光电器件的光电转换功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号，然后通过与成像设备相连的电线，将电信号传输至成像设备，使得成像设备根据电信号得到待拍摄实物的普通图像。

在一个实施例中，普通成像传感器可以选择互补金属氧化物半导体(scentificComplementary Metal-Oxide-Semiconductor，sCMOS)或者电子倍增CCD(Electron-Multiplying CCD，EMCCD)。

在一个实施例中，如图8所示，上述的成像部件包括成像透镜、高光谱成像传感器、成像设备，其中，可调分光器、成像透镜、高光谱成像传感器在同一光轴上依次排列。

此时，可调分光器用于对初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至成像透镜。成像透镜用于对可调分光器衍射的若干不同波长的光进行聚合，将得到的聚合光透射至高光谱成像传感器。高光谱成像传感器与成像设备相连，用于将感光面上的光像转换为相应的电信号传输至成像设备。成像设备用于根据高光谱成像传感器传输的电信号，生成目标实物的高光谱图像。

在此实施例中，成像部件通过成像透镜、高光谱成像传感器、成像设备实现。

在一个实施例中，成像设备与分光控制器相连。成像设备还用于发送控制指令至分光控制器。分光控制器用于根据所述成像设备发送的指令，调整可调分光器中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围。

在一个实施例中，分光控制器可以与成像设备相连，分光控制器完成对可调分光器件中各个微镜的调整后，向成像设备发送指令，以使成像设备根据高光谱成像传感器发送的电信号生成目标实物相应的高光谱图像。

在一个实施例中，可调分光器可以是数字微镜器件(Digital MicromirrorDevice，DMD)。如图9所示，为本申请根据一实施例示出的DMD的结构示意图，右侧为DMD的局部详细示意图，其中包括3*3个微镜，每个微镜都可单独控制。DMD结构的详细描述可参照相关技术中的描述，此处不进行详细的赘述。

在一个实施例中，可调分光器可以是空间光调制器(Spatial Light Modulat or，SLM)。如图10所示，为本申请根据一实施例示出的SLM的结构示意图与分光控制器的连接示意图，SLM含有许多独立单元，在空间上排针一维或者二维阵列，每个单元都可以独立地接收光学信号，利用各种物理效应改变自身的光学特性，本申请利用SLM这一特性，完成分光功能，其中SLM中多个独立单位即为上述可调分光器中的若干个微镜。SLM结构的详细描述可参照相关技术中的描述，此处不进行详细的赘述。

如图11所示，为本申请根据一具体实施例示出的高光谱显微成像系统，包括光源、载物台、成像物镜、普通成像传感器、分光镜、反光镜、可调狭缝、准直透镜、可调分光器、成像透镜、高光谱成像传感器、分光控制器、成像设备。成像物镜、分光镜、反光镜在同一光轴依次排列，普通成像传感器与分光镜在同一光轴上。可调狭缝、准直透镜、可调分光器在同一光轴依次排列，可调分光器、成像透镜、高光谱成像传感器在同一光轴依次排列。

其中，光源位于载物台上方或者侧方，用于为载物台上放置的待拍摄目标实物提供光照，一般选用卤钨灯作为光源。

在一个实施例中，光源可以与分光控制器相连，分光控制器可以控制光源的开关。

载物台用于放置被拍摄的目标实物，一般是可移动的，包括横向移动与竖向移动，可移动的载物台可以是用手动移动的载物台，也可以是电动位移载物台。载物台为电动位移载物台时，与分光控制器相连，由分光控制器控制电动位移载物台的移动。

成像物镜用于将被拍摄实物反射的所有光透射至分光镜。成像物镜09根据实际需要，可选择4倍、10倍、20倍、60倍、100倍等倍数。

分光镜用于将成像物镜透射的光分为两束光，一束透射至反光镜，一束折射至普通成像传感器。

其中，普通图像为未经过光谱分光得到的图像，所包含的光谱信息较简略。

成像设备一般为有显示屏的计算机设备，根据普通成像传感器传输的电信号得到待拍摄实物的普通图像，并显示至显示屏，以供相关人员查看该普通图像。

反光镜用于将分光镜透射的光折射至可调狭缝，用于改变分光镜透射的光的光路。

在一个实施例中，若不需要改变分光镜透射的光的光路，则去除反光镜12，分光镜透射至反光镜的那一束光直接透射至可调狭缝。

基于上述的高光谱显微成像系统，本申请还提供了一种高光谱显微成像方法，应用于如上述任一所述的高光谱显微成像系统。

如图12所示，为本申请示例性示出的一种高光谱显微成像方法的流程示意图，包括以下步骤：

步骤1201、分光控制器获取待拍摄的目标实物的光谱范围参数。

一般情况下，实物会对不同波长的光的反应会有选择，不同的实物所反射的光的波长范围是不同的，所吸收的光的波长范围也是不同的。例如，实物受到光照后，会将不同波长的光全部反射出来，这个实物在视觉上会呈现为白色；又如，实物受到光照后，会将所有波长的光全部吸收，这个实物在视觉上会呈现为黑色；再如，实物受到光照后，只反射红色波长的光，其他光波都会吸收，这个实物在视觉上会呈现红色。

其中，光谱范围是指光的波长的波段范围，例如200nm～400nm波段范围的光组成的光谱，或者100nm～150nm波段范围的光组成的光谱。光谱范围参数一般包括光谱范围的上限与下限，有多个光谱范围时，包括这多个光谱范围的上限与下限，例如，光谱范围为200nm～400nm，光谱范围参数为[200，400]，光谱范围为100nm～150nm以及200nm～400nm，光谱范围参数为[100，150]、[200，400]。

在一个实施例中，分光控制器可以通过操作人员输入的光谱范围参数，确定待拍摄的目标实物的光谱范围参数。

在一个实施例中，成像部件还可以生成的目标实物进行最大光谱范围的初始高光谱图像，并根据初始高光谱图像中区别特征明显的光谱范围，确定光谱范围参数，并发送至分光控制器。

步骤1203、分光控制器基于获取的光谱范围参数，对可调分光器的光谱范围进行调整。

在一个实施例中，分光控制器基于光谱范围参数，确定可调分光器的各个微镜之间的目标间距，并将可调分光器的各个微镜之间的间距调整为目标间距。

可调分光器包含的若干个微镜之间的间距d与光谱范围有如下关系：

d(sinα+sinβ)＝±kλ，k＝0,1,2,3……

其中，d为微镜之间的间距，α为入射角角度，β为衍射角角度，λ为衍射波长，k可取0、1、2……，相应得到的光谱称零级光谱、一级光谱、二级光谱……，+、-号分别表示入射角和衍射角在法线的同侧或异侧。根据入射角α，出射角β，以及光谱范围，即λ的范围，可以计算出各个微镜之间的间距d。

在一个实施例中，分光控制器获取到入射角α，出射角β，以及光谱范围参数(即λ的范围)后，计算出各个微镜之间的目标间距d。

步骤1205、成像部件根据调整光谱范围后的可调分光器衍射的若干不同波长的光，生成目标实物的高光谱图像。

在一个实施例中，被拍摄的目标实物被放置于载物台后，分光控制器控制载物台按照预设的路径以及速度进行移动。随着载物台的移动，成像部件得到的若干个目标实物的局部高光谱图像，当移动完成后，通过载物台的移动，使得成像物镜完成对载物台放置的目标实物的扫描，成像部件得到目标实物的全貌高光谱图像，即，目标实物的高光谱图像。

其中，预设的路径可以是蛇形的路径，也可以是回形路径，载物台按照预设的路径移动，可以使成像物镜完成对载物台放置的目标实物的全貌扫描即可。

在一个实施例中，设备可以先对待拍摄的目标实物进行最大光谱范围的拍摄，得到初步图像数据，确定初步图像数据中区别特征明显的光谱范围，然后根据区别特征明显的光谱范围，确定光谱范围参数。因此，上述的1201可以具体包括：

步骤1201a、分光控制器将可调分光器的光谱范围调整至预设的最大光谱范围。

在一个实施例中，分光控制器通过光谱范围与微镜之间的间距的关系，以及最大衍射光谱范围，确定出各个微镜之间的目标间距，然后可调分光器中各个微镜之间的距离调整为目标间距。

步骤1201b、成像部件根据调整至最大光谱范围后的可调分光器衍射的若干不同波长的光，生成目标实物的初始高光谱图像。

在一个实施例中，被拍摄的目标实物被放置于载物台后，分光控制器控制载物台按照预设的路径以及速度进行移动。随着载物台的移动，分光控制器得到若干个目标实物的局部初始高光谱图像，当移动完成后，通过载物台的移动，使得成像物镜完成对载物台放置的目标实物的扫描，成像部件根据若干个目标实物的局部初始高光谱图像，生成目标实物的全貌初始高光谱图像。

步骤1201c、成像部件根据初始高光谱图像中各个波长的光波的分布，确定目标实物的光波分布范围，并构建并发送相应的控制指令至所述分光控制器。

在一个实施例中，成像部件获取到初始高光谱图像后，根据初始高光谱图像中各个波长的光的分布情况，确定出目标实物的区别特征明显的光谱范围。之后，根据目标实物区别特征明显的光谱范围的上下限值，确定出目标实物的光谱范围参数，并基于确定出目标实物的光谱范围参数构建相应的控制指令发送至分光控制器群。

在此实施例中，快速确定出合适的光谱范围，去除不必要的光谱，减少高光谱图像中的无用信息量，降低高光谱图像中的信息冗余度。

在一个实施例中，在执行步骤1205前，上述的高光谱显微成像方法还包括：

步骤A1、分光控制器获取光谱分辨率。

高光谱分辨率为在光谱维度上的分割步长，步长与分辨率成反比例，步长越短，分辨率越高。例如，可以把400nm-1000nm分为300个通道，每个通道包括2nm波段范围的光波，步长为2nm；也可以把400nm-1000nm分为200个通道，每个通道包括3nm波段范围的光波，步长为3nm。

在一个实施例中，分光控制器可以通过操作人员接收输入的光谱分辨率，确定待拍摄的目标实物的光谱分辨率。

在一个实施例中，分光控制器还可以在读取预先设置的光谱分辨率，得到待拍摄的目标实物的光谱分辨率。

步骤A2、分光控制器基于获取的光谱分辨率，调整可调分光器中若干个微镜的工作微镜数量。

可调分光器的若干个微镜至少包括两个状态，工作状态与非工作状态。可调分光器的若干个微镜的工作微镜数量N(或者工作范围N)，与光谱分辨率Δλ有如下关系：

其中，Δλ为分辨率，λ为波长，N为可调分光器的若干个微镜的工作范围N，即，可调分光器的若干个微镜的工作数量。

在一个实施例中，设备确定光谱分辨率后，按照若干个微镜的工作微镜数量，光谱分辨率的关系，确定出可调分光器的微镜工作数量，然后根据确定出可调分光器的微镜工作数量，调整可调分光器中若干个微镜的工作微镜数量。

在此实施例中，在需要调整高光谱图像的分辨率时，即，光谱分辨率，通过设备设置可调分光器的光谱衍射分辨率。

应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种高光谱显微成像系统，其特征在于，所述高光谱显微成像系统包括成像物镜、初步分光部件、可调分光器、成像部件、分光控制器；所述成像物镜、所述初步分光部件位于同一光轴；所述可调分光器、所述成像部件位于同一光轴；

所述成像物镜用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至所述初步分光部件；

所述初步分光部件用于将所述成像物镜透射的光进行初步分光并投射至所述可调分光器；

所述可调分光器用于对所述初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至所述成像部件；所述可调分光器包括若干个微镜组成的衍射阵列，与所述分光控制器相连；

所述分光控制器用于控制所述可调分光器中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围；

所述成像部件用于根据所述可调分光器反射的若干不同波长的光，生成所述目标实物的高光谱图像。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述初步分光部件包括可调狭缝、准直透镜；所述成像物镜、所述可调狭缝、所述准直透镜、所述可调分光器在同一光轴上依次排列；

所述成像物镜用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至所述可调狭缝；

所述可调狭缝用于将所述成像物镜透射的光衍射至所述准直透镜；

所述准直透镜用于将所述可调狭缝衍射的光加宽并平行透至所述可调分光器；

所述可调分光器用于对所述准直透镜透射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至所述成像部件。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括载物台；所述载物台、所述成像物镜、所述可调狭缝、所述准直透镜、所述可调分光器在同一光轴上依次排列；

所述载物台用于放置所述目标实物。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光源，位于所述载物台的上方或侧方；

所述光源用于为所述载物台放置的所述目标实物提供光照。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述载物台为电动位移载物台，与所述分光控制器相连；

所述分光控制器还用于控制所述载物台的移动。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括反光镜；所述成像物镜、所述反光镜位于同一光轴；所述反光镜、所述可调狭缝、所述准直透镜、所述可调分光器在同一光轴依次排列；

所述成像物镜用于将被拍摄目标实物反射或透射的光放大并透射至所述反光镜；

所述反光镜用于将所述成像物镜透射的光反射至所述可调狭缝；

所述可调狭缝用于将所述反光镜反射的光衍射至所述准直透镜。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括普通成像传感器、分光镜、成像设备；所述成像物镜、所述分光镜、所述可调狭缝、所述准直透镜、所述可调分光器在同一光轴依次排列；

所述成像物镜用于将被拍摄目标实物反射或透射的光放大并透射至所述分光镜；

所述分光镜用于将所述成像物镜透射的光分为两束，一束光反射至所述普通成像传感器，一束光透射至所述可调狭缝；

所述普通成像传感器与所述成像设备相连，用于将感光面上的光像转换为相应的电信号传输至所述成像设备；

所述成像设备用于根据所述普通成像传感器传输的电信号，生成所述目标实物的普通图像。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述成像部件包括成像透镜、高光谱成像传感器、成像设备；所述可调分光器、所述成像透镜、所述高光谱成像传感器在同一光轴上依次排列；

所述可调分光器用于对所述初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至所述成像透镜；

所述成像透镜用于对所述若干不同波长的光进行聚合，将得到的聚合光透射至所述高光谱成像传感器；

所述高光谱成像传感器与所述成像设备相连，用于将感光面上的光像转换为相应的电信号传输至所述成像设备；

所述成像设备用于根据所述高光谱成像传感器传输的电信号，生成所述目标实物的高光谱图像。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述成像设备与所述分光控制器相连；

所述成像设备还用于发送控制指令至所述分光控制器；

所述分光控制器用于根据所述成像设备发送的指令，调整所述可调分光器中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可调分光器为空间光调制器SLM或数字微镜器件DMD。

11.一种高光谱显微成像方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-10任一所述的高光谱显微成像系统中，所述方法包括：

所述分光控制器获取待拍摄的目标实物的光谱范围参数；

所述分光控制器基于所述光谱范围参数，对所述可调分光器的光谱范围进行调整；

所述成像部件根据调整光谱范围后的所述可调分光器衍射的若干不同波长的光，生成所述目标实物的高光谱图像。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述分光控制器获取待拍摄的目标实物的光谱范围参数，包括：

所述分光控制器将所述可调分光器的光谱范围调整至预设的最大光谱范围；

所述成像部件根据调整至所述最大光谱范围后的所述可调分光器衍射的若干不同波长的光，生成所述目标实物的初始高光谱图像；

所述成像部件根据所述初始高光谱图像中各个波长的光波的分布，确定所述目标实物的光波分布范围，并构建及发送相应的控制指令至所述分光控制器；

所述分光控制器根据所述控制指令确定所述目标实物的光谱范围参数。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述成像部件根据调整光谱范围后的所述可调分光器衍射的若干不同波长的光，生成所述目标实物的高光谱图像前，所述方法还包括：

所述分光控制器获取光谱分辨率；

所述分光控制器基于所述光谱分辨率，调整所述可调分光器中若干个微镜的工作微镜数量。

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