[发明专利]一种高通量光学层析三维成像系统

权利要求书

1.一种高通量光学层析三维成像系统，其特征在于，包括：

光束调制模块，其用于将光束调制成能够在物镜的焦平面聚焦并能够在物镜的离焦面发散的调制光束，且该调制光束在物镜的焦平面具有不完全相同的调制强度；

成像模块，其用于采用相机对调制光束照明下的同一样本的至少一个表层的至少一个样本条在不同像素下进行成像；

切除模块，其用于将样本的已成像的表层切除；

解调模块，其用于将一个表层中的一个样本条的样本图像解调形成光学层析图像，并将每个表层的每个样本条的光学层析图像重建形成三维图像；

所述成像模块中，形成的样本条的样本图像的计算公式为：

其中，为i像素下形成的样本图像，为样本图像所对应的调制强度，为样本图像的焦平面图像，为样本图像的离焦面图像；

所述解调模块中，解调公式为：

= c × | β I₁ – α I₂ |

其中，α、β为正整数，c为大于0的常数，I₁为α个像素下获取的样本图像的累加和，I₂为β个像素下获取的样本图像的累加和；α个像素下的样本图像相对应的调制强度的累加值和β个像素下的样本图像相对应的调制强度的累加值不相同。

2.根据权利要求1所述的高通量光学层析三维成像系统，其特征在于，所述成像模块包括一用于驱动光束调制模块和样本在相互垂直的三个方向上作相对运动的驱动单元及一用于沿样本条长度方向作连续成像的成像单元，所述样本条的长度方向与光束调制模块和样本的其中一个相对运动方向相同。

3.根据权利要求2所述的高通量光学层析三维成像系统，其特征在于，所述成像模块中的相机的成像区域为N行像素，N≥2；在与样本成像平面相平行的平面上形成相垂直X与Y两个方向，所述调制光束在X与Y方向分别具有如下特性：所述调制光束在所述N行像素上沿X方向上具有不完全相同的调制强度，所述调制光束在所述N行像素的每一行像素上沿Y方向上具有相同的调制强度；所述像素为行像素，所述样本图像为条带图像。

4.根据权利要求3所述的高通量光学层析三维成像系统，其特征在于，所述成像模块还包括一图像块获取单元及一拼接单元，所述图像块获取单元用于获取按时间顺序所得的一个样本条的每帧图像中的第i行像素的条带图像块，条带图像块的计算公式为，为第t帧图像中第i行像素对应的条带图像块，为相对的条带图像块的焦平面图像，即为完整的条带图像中的第m个条带图像块的焦平面图像，为相对的条带图像块的离焦面图像，为样本图像所对应的调制强度；所述拼接单元用于将一个样本条的每帧图像中的第i行像素的条带图像块依次拼接获得第i行像素的条带图像，其计算公式为，其中，M为完整的条带图像所对应的条带图像块数量，m≤M。

5.根据权利要求4所述的高通量光学层析三维成像系统，其特征在于，所述解调模块包括图像累加单元、解调单元及层析单元，所述图像累加单元用于将一个样本条的至少一行像素的条带图像累加形成第一条带图像、并将该样本条的至少一行像素的条带图像累加形成第二条带图像，所述解调单元用于将第一条带图像和第二条带图像按所述解调公式解调成所述条带图像光学层析图像，则，所述层析单元用于将多个样本条的光学层析图像重建形成三维图像。

6.根据权利要求5所述的高通量光学层析三维成像系统，其特征在于，所述成像单元成像的单帧曝光时间与光束调制模块和样本沿样本条长度方向相对移动一行像素的时间相同；所述N行像素的分布方向和宽度分别与调制光束的分布方向和宽度相同，并互为物像共轭关系。

7.根据权利要求6所述的高通量光学层析三维成像系统，其特征在于，所述光束调制模块包括一用于将照明光线整形成呈线状的线光束的整形光路及一用于将线光束调制成线照明调制光束的调制光路。