[发明专利]基于光学投影的无透镜显微成像方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学投影成像领域，特别涉及一种基于光学投影的无透镜显微成像方法及其装置。

背景技术

投影成像是一种传统的成像方式，传统的幻灯片、当前的投影仪、传统Ｘ线机、以及直接数字Ｘ成像系统等等都是运用了投影这一基本方式，不同之处在于成像载体不同。

直接数字Ｘ成像是利用Ｘ射线的穿透能力，通过平板探测器的光电导性，将Ｘ射线转换为电信号，形成数字化影像。基于可见光的投影成像原理上与其类似，利用可见光的对透明介质或半透明介质的穿透能力，可以产生物体的投影。随着微电子技术的进步，尤其是CMOS或CCD图像传感器的发展，基于光学投影的无透镜显微成像技术成为可能。目前，图像传感器的感光单元的直径可控制在1微米以内，而人体红细胞的直径在6-9微米，白细胞的直径为7-20微米，因此对这一类型的观测物体进行投影成像具有可观测性。

目前还未有将直接的光学投影用于显微成像的方法和设备，也未有采用平行光源用于显微成像的相关理论研究。同时该方法需要重点克服以下问题：（1）成像的质量与常规的光学显微镜差别巨大，存在严重的色彩失真；（2）采用点光源照射成像物体，中心投影的图像存在几何失真；（3）被观测物体的成像精度受制于CMOS或CCD图像传感器的工艺。

发明内容

本发明针对现有方法存在的几何失真、色彩失真等问题，提出来一种基于光学投影的无透镜显微成像方法及其装置。

本发明提供的基于光学投影的无透镜显微成像方法包括如下步骤：

步骤一：将待观测的微小物体制作成为组织切片或生物玻片，也可将待观测的微小物体放置在厚度不超过5毫米的透明培养皿中；将组织切片、生物玻片或透明培养皿放置在特制光源与图像传感器之间；调整组织切片、生物玻片或透明培养皿装置底部平面与图像传感器成像平面之间的距离，保证待观测成像物体的光学投影落在图像传感器成像平面上；调整特制光源的位置和方向，保证光源的照射方向与图像传感器成像平面的法向量夹角大于90度、小于等于180度；

步骤二：使用一个避光装置将特制光源、成像物体及其载体、图像传感器封闭在一个空间内，保证只有特制光源照射成像物体的透射光到达图像传感器；打开特制光源照射成像物体，并通过光源控制器调节光的波长、强度、色温等参数，保证成像的几何失真与色彩失真最小；控制图像传感器的白平衡、颜色通道增益、曝光时长等参数，对物体投影进行曝光成像；

步骤三：由图像传感器的控制电路产生外部时钟信号，并输出到图像传感器；图像传感器的控制电路接收图像传感器的场频信号、行频信号以及数据信号；对图像传感器产生的数据进行处理及编码，并通过USB接口或1394接口传到上位机。

所述的图像传感器包括CMOS图像传感器和CCD图像传感器两种类型。

所述的特制光源分为锥形束光源和平行光源两种类型；本方法采用投影成像的模式包括中心投影和平行投影两类。

基于光学投影的无透镜显微成像装置包括特制光源、光源控制器、光源接口、图像传感器、传感器控制电路、USB接口、1394接口、载玻片或培养皿、载物台及其固定装置、载物台装卸装置、避光基座和底座。

特制光源包含一个圆柱筒身和一个光源底座构成；圆柱筒身固定在光源底座上，光源底座侧壁具有一个光源控制接口（采用miniUSB母口）；光源控制器使用数据线连接到光源控制接口上。