一種顯微裝置及成像方法

一種顯微裝置及成像方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種顯微裝置和成像方法，所述裝置包括：位移裝置，用于使待測樣品與成像裝置之間產(chǎn)生相對位移，所述位移位于一個(gè)平面內(nèi)；成像裝置，用于獲取所述待測樣品在相對于所述成像裝置的不同位置處的多幅圖像，其中所述多幅圖像具有第一分辨率；位置感測裝置，用于檢測所述待測樣品與所述成像裝置之間的相對位移；圖像處理裝置，用于接收多幅所述具有第一分辨率的圖像，所述圖像處理裝置還接收位置感測裝置所檢測到的位移，并根據(jù)所檢測到的位移將所述多幅具有第一分辨率的圖像疊加，合成出具有高于第一分辨率的第二分辨率的圖像。本發(fā)明提供的顯微裝置和成像方法無需高倍數(shù)的透鏡，在大視場也能夠獲得高分辨的圖像。
【專利說明】一種顯微裝置及成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種顯微裝置及其成像方法，尤其涉及一種通過疊加多幅采樣圖像而 形成最終的顯微圖像的顯微裝置及其成像方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在顯微裝置中，為了提高圖像的分辨率，通常使用具有大數(shù)值孔徑（NA)的高放大 倍數(shù)的透鏡來獲取圖像。然而，這種高放大倍數(shù)的透鏡的視場（fieldofview,F0V)比低 放大倍數(shù)的透鏡的視場更小，因此，這種顯微裝置通常利用馬達(dá)移動(dòng)樣品臺，以獲取樣品的 不同部位的高放大倍數(shù)的圖像，再利用軟件將這些圖像拼接起來，形成高放大倍數(shù)的、高分 辨率圖像。這種顯微裝置的結(jié)構(gòu)例如圖1和圖2所示，其中圖1為顯微裝置的側(cè)視圖，圖2 為顯微裝置的俯視圖。如圖1和圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)中的顯微裝置包括圖像傳感器1、鏡頭 2、樣品臺4、控制裝置5、光源6和馬達(dá)7。需要獲得高分辨的圖像時(shí)，先選擇高倍數(shù)的透鏡， 然后利用馬達(dá)7移動(dòng)樣品臺，以獲取樣品的不同部位的高放大倍數(shù)的圖像，拼接后形成高 放大倍數(shù)的、高分辨率的圖像。這種顯微裝置的一個(gè)例子例如為美國專利US2009/0168160 中公開的用于掃描細(xì)胞樣本的顯微系統(tǒng)，其通過機(jī)械化的樣品臺移動(dòng)樣品并對樣品進(jìn)行重 新定位。
[0003] 但是這種利用拼接形成高分辨率圖像的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不便于應(yīng)用。因此，發(fā) 展出了一種新的技術(shù)，其通過疊加多幅采樣圖像而形成最終的顯微圖像。例如美國專利 US2012/0098950中公開的掃描、投影式無透鏡顯微裝置，其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括樣品 池04、包括多個(gè)發(fā)光兀件06的掃描光源、樣品表面外側(cè)的圖像傳感器01以及處理器05。該 顯微裝置通過多個(gè)發(fā)光元件06依次對樣品池04中的血液樣本進(jìn)行照射，分別得到多個(gè)低 分辨率的圖像，由于每個(gè)低分辨率的圖像是由不同的發(fā)光元件照射而形成的，而不同的發(fā) 光元件的照射角度又不同，因此每個(gè)低分辨率的圖像之間具有一定的偏移（即圖像之間有 相對位移)。然后，根據(jù)多個(gè)發(fā)光元件之間的位置關(guān)系，可將多個(gè)低分辨率的圖像合成出一 幅高分辨率的圖像。這種通過疊加多幅采樣圖像而形成最終的顯微圖像的方法可獲得大視 場的高分辨圖像，無需拼接，更為快捷且便于應(yīng)用。但是，由于掃描光源中的發(fā)光元件的面 積有限，其發(fā)出的光并非平行光，導(dǎo)致同一光源對樣品的各個(gè)位置的照射角度不同，因此樣 品的各個(gè)位置的投影分布存在差別，容易在樣品的周邊出產(chǎn)生圖像畸變。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在提供一種顯微裝置及成像方法，可獲得大視場的高分辨圖像，同時(shí)不 會(huì)產(chǎn)生圖像畸變。
[0005] 本發(fā)明提供了一種顯微裝置，包括：
[0006] 位移裝置，用于使待測樣品與成像裝置之間產(chǎn)生相對位移，所述位移位于一個(gè)平 面內(nèi)；
[0007] 成像裝置，用于獲取所述待測樣品在相對于所述成像裝置的不同位置處的多幅圖 像，其中所述多幅圖像具有第一分辨率；
[0008] 位置感測裝置，用于檢測所述待測樣品與所述成像裝置之間的相對位移；
[0009] 圖像處理裝置，用于接收所述具有第一分辨率的多幅圖像和所述位置感測裝置檢 測到的所述位移，并根據(jù)檢測到的所述位移將所述多幅具有第一分辨率的圖像疊加，合成 出具有高于第一分辨率的第二分辨率的圖像。該顯微裝置無需高倍數(shù)的透鏡即可獲得大視 場的高分辨圖像。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明提供的顯微裝置，其中所述位移裝置用于使所述待測樣品發(fā)生位移。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明提供的顯微裝置，其中所述位移裝置用于使所述成像裝置發(fā)生位移。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明提供的顯微裝置，還包括用于產(chǎn)生照射所述待測樣品的平行光的光 源，可避免圖像畸變的產(chǎn)生。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明提供的顯微裝置，包括用于發(fā)出照射所述待測樣品的光的脈沖式光 源。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明提供的顯微裝置，其中所述平面為水平面。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明提供的顯微裝置，其中所述位移裝置包括限位裝置。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明提供的顯微裝置，其中每間隔一采樣間隔時(shí)間，所述成像裝置獲取一 幅所述待測樣品的圖像。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明提供的顯微裝置，其中所述采樣間隔時(shí)間被選擇為使間隔一個(gè)所述采 樣間隔時(shí)間的相鄰的所述具有第一分辨率的圖像之間的位移量等于所述成像裝置的一個(gè) 像素的尺寸的1/10-1/3。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明提供的顯微裝置，其中所述位移裝置的位移幅度被選擇為使得所述多 幅具有第一分辨率的圖像之間的最大相對位移量大于所述成像裝置的一個(gè)像素的尺寸。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明提供的顯微裝置，其中所述位移裝置為振動(dòng)裝置。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明提供的顯微裝置，其中所述顯微裝置為透射式或反射式顯微鏡，或者 投影式無透鏡顯微裝置。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明提供的顯微裝置，其中所述位置感測裝置包括待測樣品上的參考標(biāo) 記，所述參考標(biāo)記在所述成像裝置上所成的像覆蓋所述成像裝置的多個(gè)像素，根據(jù)所述多 個(gè)像素中的每個(gè)像素的灰度值之間的相對關(guān)系確定參考標(biāo)記相對于所述成像裝置的位置。
[0022] 本發(fā)明還提供一種顯微裝置的成像方法，包括：
[0023] 利用成像裝置獲取待測樣品的并具有第一分辨率的多幅圖像；
[0024] 使所述待測樣品與所述成像裝置形成相對位移，所述位移位于一個(gè)平面內(nèi)；
[0025] 檢測所述待測樣品與所述成像裝置之間的相對位移量；
[0026] 接收多幅所述具有第一分辨率的圖像和所檢測到的位移，并根據(jù)所檢測到的位移 將所述具有第一分辨率的多幅圖像疊加，合成出具有高于第一分辨率的第二分辨率的圖 像。
[0027] 本發(fā)明提供的顯微裝置和成像方法，無需高倍數(shù)的透鏡，在大視場也能夠獲得高 分辨的圖像。另外，由于光源不必采用多個(gè)光源，因此可采用面積較大的平行光光源，因此 不會(huì)產(chǎn)生圖像畸變。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，
[0029] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的顯微裝置的側(cè)視圖；
[0030] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的顯微裝置的俯視圖；
[0031] 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的投影式無透鏡顯微裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的顯微裝置的側(cè)視圖；
[0033] 圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的顯微裝置的俯視圖；
[0034] 圖6為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的顯微裝置的側(cè)視圖；
[0035] 圖7為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的投影式無透鏡顯微裝置的側(cè)視圖；
[0036] 圖8a示出了為現(xiàn)有技術(shù)中通過拼接圖像而得到高分辨率圖像的方法；
[0037] 圖8b示出了本發(fā)明中所采用的得到高分辨率圖像的方法；
[0038] 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的顯微裝置及成像方法的仿真結(jié)果；
[0039] 圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的顯微裝置及成像方法的又一仿真結(jié)果；
[0040] 圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一種位置測量方法；
[0041] 圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的又一種位置測量方法。

【具體實(shí)施方式】
[0042] 為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā) 明的【具體實(shí)施方式】。
[0043] 本發(fā)明提供的顯微裝置及成像方法，通過振動(dòng)等位移方式在樣品與成像裝置之間 形成相對位移。成像裝置獲取一幅樣品的圖像，我們將這種成像裝置直接獲取的圖像稱為 "低分辨率圖像"。由于樣品與成像裝置之間形成相對位移，使得多個(gè)低分辨率圖像之間具 有一定的位移量。另外，利用位置感測裝置記錄獲取每一幅低分辨率圖像時(shí)樣品與成像裝 置之間的相對位移量，從而能夠得到低分辨率圖像之間的相對位移量。在一段時(shí)間后，根據(jù) 該相對位移量將該時(shí)間段內(nèi)獲得的所有低分辨率圖像疊加，合成出一幅高分辨率的圖像。 本發(fā)明提供的顯微裝置及成像方法，無需高倍數(shù)的透鏡，在大視場下也能獲得高分辨圖像， 且不會(huì)產(chǎn)生圖像畸變。
[0044] 實(shí)施例1
[0045] 本實(shí)施例提供一種顯微裝置，其結(jié)構(gòu)如圖4和圖5所示，其中圖4為顯微裝置的側(cè) 視圖，圖5為顯微裝置的俯視圖。該顯微裝置包括：
[0046] 光源16,所發(fā)出的光可以為平行光；
[0047]樣品臺14，用于承載樣品13 ;
[0048] 成像裝置，包括透鏡12和圖像傳感器11，用于獲取在光源16照射下的樣品13的 圖像；
[0049] 振動(dòng)裝置，包括8根彈簧15和振動(dòng)馬達(dá)17,其中振動(dòng)馬達(dá)17用于使樣品臺14振 動(dòng)，從而在樣品臺14上承載的樣品13與成像裝置之間產(chǎn)生相對位移，8根彈簧15分別固定 到樣品臺的四個(gè)側(cè)邊，用于使樣品臺14只在樣品臺14所在的平面內(nèi)振動(dòng)；
[0050] 位置傳感器18,用于實(shí)時(shí)檢測振動(dòng)時(shí)的樣品臺14的相對位移量；
[0051] 圖像處理裝置19,用于控制光源16發(fā)出脈沖光，并控制成像裝置獲取樣品13的多 幅低分辨率圖像，并且記錄獲取每幅低分辨率圖像時(shí)位置傳感器18檢測到的樣品臺14的 相對位移量，然后根據(jù)樣品臺14的相對位移量將獲得的低分辨率圖像疊加，合成出高分辨 率的圖像。
[0052] 本實(shí)施例提供的顯微裝置中，所采用的光源16、樣品臺14和成像裝置與現(xiàn)有技術(shù) 中的顯微裝置的結(jié)構(gòu)相同，在需要獲得低分辨率圖像時(shí)，可像現(xiàn)有技術(shù)中的顯微裝置一樣 利用成像裝置直接對樣品臺14上的樣品成像。在需要獲得高分辨率圖像時(shí)，本實(shí)施例提供 的顯微裝置的成像方法包括：
[0053] 設(shè)置振動(dòng)馬達(dá)17的振動(dòng)頻率，使樣品臺14振動(dòng)，從而在樣品臺14上承載的樣品 13與成像裝置之間產(chǎn)生相對位移；
[0054] 開啟位置傳感器18,以實(shí)時(shí)檢測樣品臺14的相對位移量；
[0055] 利用圖像處理裝置19,控制光源16發(fā)出脈沖光，并控制成像裝置每間隔一個(gè)采樣 間隔時(shí)間即獲取樣品13的一幅低分辨率圖像，并且記錄獲取每幅低分辨率圖像時(shí)位置傳 感器18檢測到的樣品臺14的相對位移量，然后根據(jù)樣品臺14的相對位移量將獲得的所有 低分辨率圖像疊加，利用現(xiàn)有的圖像恢復(fù)算法(例如傅立葉變換、反卷積等）合成出一幅高 分辨率的圖像。
[0056] 其中所述樣品臺14的振幅被選擇為使得多幅低分辨率圖像之間的最大相對位移 量大于等于成像裝置中的圖像傳感器的一個(gè)像素的尺寸。所述采樣間隔時(shí)間被選擇為使間 隔一個(gè)采樣間隔時(shí)間的相鄰的低分辨率圖像之間的相對位移量小于圖像傳感器一個(gè)像素 的尺寸的2倍，優(yōu)選等于圖像傳感器一個(gè)像素的尺寸的1/10-1/3。
[0057] 本實(shí)施例提供的顯微裝置及其成像方法無需高倍數(shù)的透鏡，且可獲得大視場的高 分辨圖像。另外，由于光源能夠采用平行光光源，因此不會(huì)產(chǎn)生圖像畸變。
[0058] 實(shí)施例2
[0059] 本實(shí)施例提供一種適于檢測液體樣品的顯微裝置，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，為顯微裝 置的側(cè)視圖，該顯微裝置包括：
[0060] 光源26,所發(fā)出的光為平行光；
[0061 ] 樣品臺24,用于承載樣品23 ;
[0062] 成像裝置，包括透鏡22和圖像傳感器21，固定安裝到振動(dòng)平臺210上，用于獲取在 光源26照射下的樣品23的圖像；
[0063] 振動(dòng)裝置，包括多根彈簧25和振動(dòng)馬達(dá)27,其中振動(dòng)馬達(dá)27用于使振動(dòng)平臺210 振動(dòng)，從而在樣品臺24上承載的樣品23與振動(dòng)平臺210上固定安裝的成像裝置之間產(chǎn)生 相對位移，多根彈簧25可以分別固定到振動(dòng)平臺210的各個(gè)側(cè)邊，用于使振動(dòng)平臺210只 在圖像傳感器21所在的平面內(nèi)振動(dòng)；
[0064] 位置傳感器28,用于實(shí)時(shí)檢測振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)平臺210的相對位移量；
[0065] 圖像處理裝置29,用于控制光源26發(fā)出脈沖式光，并控制成像裝置獲取樣品23的 多幅低分辨率圖像，并且記錄獲取每幅低分辨率圖像時(shí)位置傳感器28檢測到的振動(dòng)平臺 210的相對位移量，然后根據(jù)振動(dòng)平臺210的相對位移量將獲得的所有低分辨率圖像疊加， 合成出一幅高分辨率的圖像。脈沖式光能夠使成像裝置每隔一段時(shí)間即可獲得一幅低分辨 率圖像，能夠方便地獲得多幅低分辨率圖像的輸出。
[0066] 本實(shí)施例提供的顯微裝置中，所采用的光源26、樣品臺24和成像裝置與現(xiàn)有技術(shù) 中的顯微裝置的結(jié)構(gòu)相同，在需要獲得低分辨率圖像時(shí)，可像現(xiàn)有技術(shù)中的顯微裝置一樣 利用成像裝置直接對樣品臺24上的樣品成像。在需要獲得高分辨率圖像時(shí)，本實(shí)施例提供 的顯微裝置的成像方法包括：
[0067] 設(shè)置振動(dòng)馬達(dá)27的振動(dòng)頻率，使振動(dòng)平臺210振動(dòng)，從而在樣品臺24上承載的樣 品23與振動(dòng)平臺210上固定安裝的成像裝置之間產(chǎn)生相對位移；
[0068]開啟位置傳感器28,以實(shí)時(shí)檢測振動(dòng)平臺210的相對位移量；
[0069] 利用圖像處理裝置29,控制光源26發(fā)出脈沖光，并控制成像裝置每間隔一個(gè)采樣 間隔時(shí)間即獲取樣品23的一幅低分辨率圖像，并且記錄獲取每幅低分辨率圖像時(shí)位置傳 感器28檢測到的振動(dòng)平臺210的相對位移量，然后根據(jù)振動(dòng)平臺210的相對位移量將獲得 的所有低分辨率圖像疊加，諸如利用傅立葉變換，反卷積等圖像恢復(fù)算法合成出一幅高分 辨率的圖像。
[0070] 其中所述振動(dòng)平臺210的振幅被選擇為使得多幅低分辨率圖像之間的最大相對 位移量大于等于成像裝置中的圖像傳感器的一個(gè)像素的尺寸。所述采樣間隔時(shí)間被選擇為 使間隔一個(gè)采樣間隔時(shí)間的相鄰的低分辨率圖像之間的相對位移量小于圖像傳感器一個(gè) 像素的尺寸的2倍，優(yōu)選等于圖像傳感器一個(gè)像素的尺寸的1/10-1/3。
[0071] 本實(shí)施例提供的顯微裝置及其成像方法無需高倍數(shù)的透鏡，且可獲得大視場的高 分辨圖像。另外，由于光源可采用平行光光源，因此不會(huì)產(chǎn)生圖像畸變。
[0072] 本實(shí)施例提供的顯微裝置及其成像方法中，固定樣品臺，而使成像裝置振動(dòng)，因此 特別地適用于液體樣品等不能經(jīng)受振動(dòng)的樣品。
[0073] 實(shí)施例3
[0074] 本實(shí)施例提供一種投影式無透鏡顯微裝置，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，包括：
[0075]光源46,所發(fā)出的光為平行光；
[0076] 樣品池44,用于承載液體樣品43 ;
[0077] 圖像傳感器41，固定安裝到振動(dòng)平臺410上，用于獲取在光源46照射下的樣品43 的圖像；
[0078] 振動(dòng)裝置，包括多根彈簧45和振動(dòng)馬達(dá)47,其中振動(dòng)馬達(dá)47用于使振動(dòng)平臺410 振動(dòng)，從而在樣品池44中承載的樣品43與振動(dòng)平臺410上固定安裝的圖像傳感器41之間 產(chǎn)生相對位移，多根彈簧45分別固定到振動(dòng)平臺410的各個(gè)側(cè)邊，用于使振動(dòng)平臺410只 在樣品池44所在的平面內(nèi)振動(dòng)；
[0079] 位置傳感器48,用于實(shí)時(shí)檢測振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)平臺410的相對位移量；
[0080] 透明的潤滑材料42，位于圖像傳感器41與樣品池44之間，用于降低兩者之間的摩 擦力和增強(qiáng)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞特性；
[0081] 圖像處理裝置49 (圖中未示出），用于控制光源46發(fā)出脈沖光，并控制圖像傳感器 41獲取樣品43的多幅低分辨率圖像，并且記錄獲取每幅低分辨率圖像時(shí)位置傳感器48檢 測到的振動(dòng)平臺410的相對位移量，然后根據(jù)振動(dòng)平臺410的相對位移量將獲得的所有低 分辨率圖像疊加，合成出一幅高分辨率的圖像。
[0082] 本實(shí)施例提供的顯微裝置中，所采用的光源46、樣品池44和圖像傳感器41與現(xiàn)有 技術(shù)中的投影式無透鏡顯微裝置的結(jié)構(gòu)相同，在需要獲得低分辨率圖像時(shí)，可像現(xiàn)有技術(shù) 中的投影式無透鏡顯微裝置一樣利用圖像傳感器41直接對樣品池44中的樣品成像。在需 要獲得高分辨率圖像時(shí)，本實(shí)施例提供的顯微裝置的成像方法包括：
[0083] 設(shè)置振動(dòng)馬達(dá)47的振動(dòng)頻率，使振動(dòng)平臺410振動(dòng)，從而在樣品池44中承載的樣 品43與振動(dòng)平臺410上固定安裝的圖像傳感器41之間產(chǎn)生相對位移，這時(shí)透明的潤滑材 料42可降低圖像傳感器41與樣品池44之間的摩擦力，且不會(huì)影響圖像傳感器41的成像；
[0084] 開啟位置傳感器48,以實(shí)時(shí)檢測振動(dòng)平臺410的相對位移量；
[0085] 利用圖像處理裝置49,控制光源46發(fā)出脈沖光，并控制成像裝置每間隔一個(gè)采樣 間隔時(shí)間即獲取樣品43的一幅低分辨率圖像，并且記錄獲取每幅低分辨率圖像時(shí)位置傳 感器48檢測到的振動(dòng)平臺410的相對位移量，然后根據(jù)振動(dòng)平臺410的相對位移量將獲得 的所有低分辨率圖像疊加，諸如利用傅立葉變換，反卷積等圖像恢復(fù)算法合成出一幅高分 辨率的圖像。
[0086] 其中所述振動(dòng)平臺410的振幅被選擇為使得多幅低分辨率圖像之間的最大相對 位移量大于等于成像裝置中的圖像傳感器的一個(gè)像素的尺寸。所述采樣間隔時(shí)間被選擇為 使間隔一個(gè)采樣間隔時(shí)間的相鄰的低分辨率圖像之間的相對位移量小于圖像傳感器一個(gè) 像素的尺寸的2倍，優(yōu)選等于圖像傳感器一個(gè)像素的尺寸的1/10-1/3。
[0087]本實(shí)施例提供的顯微裝置及其成像方法無需高倍數(shù)的透鏡，且可獲得大視場的高 分辨圖像。另外，由于光源能夠采用平行光光源，因此不會(huì)產(chǎn)生圖像畸變。
[0088] 本實(shí)施例提供的顯微裝置及其成像方法中，固定樣品池，而使圖像傳感器振動(dòng)，因 此特別地適用于液體樣品等不能經(jīng)受振動(dòng)的樣品。
[0089]本發(fā)明中所說的"平行光"并非指嚴(yán)格平行的光，也包括近似平行光，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以理解的是，嚴(yán)格平行的光是難以獲得的，即使是太陽光也并非嚴(yán)格平行的光，如同 太陽光可以被認(rèn)為是平行光一樣，在實(shí)際應(yīng)用中通常采取使光源面積較大，或光源的距離 較遠(yuǎn)的方式來獲得近似平行光，這一手段也適用于本發(fā)明。本發(fā)明中所說的"平行光"指發(fā) 散角為毫弧度量級的光束。
[0090] 上述實(shí)施例中，通過彈簧來限制樣品臺或成像裝置的振動(dòng)方向，使其只在其所在 平面內(nèi)振動(dòng)，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以采用其它的限位裝置限制樣品臺或成像裝 置的振動(dòng)方向，使其只在一個(gè)平面內(nèi)振動(dòng)。
[0091] 上述實(shí)施例中，以透射式顯微裝置（即成像裝置所檢測的光為光源透射過樣品的 光）為例描述了本發(fā)明。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以采用反射式顯微裝置（即成像裝 置所檢測的光為樣品的反射光)，同樣可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0092] 上述實(shí)施例中，采用了脈沖式光源，從而獲得了一系列間隔有一定的采樣間隔時(shí) 間的低分辨率圖像。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以采用非脈沖式的發(fā)出恒定光的光源， 而通過在圖像傳感器之前設(shè)置定時(shí)開關(guān)的快門來實(shí)現(xiàn)一系列低分辨率圖像的獲取。
[0093]本發(fā)明中，利用多幅低分辨率圖像合成出高分辨率圖像的步驟可采用本領(lǐng)域常用 的各種用于疊加圖像的算法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要而靈活選擇。本發(fā)明中所 采用的利用多幅低分辨率圖像合成出高分辨率圖像的的算法與現(xiàn)有技術(shù)中的通過"拼接" 圖像而得到高分辨率圖像的方法有著本質(zhì)上的差別，具體差異如圖8所示。其中圖8a為通 過"拼接"圖像而得到高分辨率圖像的方法。其中51表示視場（FOV)中所見的高分辨率圖 像，即成像裝置所成的圖像，52表示位置傳感器感測到的與所成的圖像對應(yīng)的位置。從圖中 可以清楚地看到，"拼接"圖像的方法僅僅是將字母"A"的各個(gè)部位對應(yīng)的高分辨率圖像按 照位置傳感器感測到的位置而拼接在一起。
[0094] 而本發(fā)明中所采用的利用多幅低分辨率圖像合成出高分辨率圖像的算法的示意 圖如圖8b所示。在每一幅低分辨率圖像中，均對字母"A"的所有部位進(jìn)行成像(如附圖標(biāo)記 54所示)，然后根據(jù)位置傳感器感測到的與所成的圖像對應(yīng)的位置(如附圖標(biāo)記55所示)，將 多幅低分辨率圖像疊加，最終合成一幅高分辨率的圖像56。由此可以看出，本發(fā)明提供的裝 置和方法在獲得同等大小的分辨率的前提下具有更大的視場。
[0095] 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的顯微裝置及其成像方法的仿真結(jié)果。利用9幅低分辨率 圖像合成了一幅高分辨率圖像。每幅低分辨率圖像之間的相對位移量為一個(gè)像素尺寸的 1/3。低分辨率圖像的分辨率約為1微米，高分辨率圖像的分辨率約為0. 3微米。
[0096]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的顯微裝置及其成像方法的又一仿真結(jié)果。利用25幅低 分辨率圖像合成了一幅高分辨率圖像。每幅低分辨率圖像之間的相對位移量為一個(gè)像素尺 寸的1/3。低分辨率圖像的分辨率約為2微米，高分辨率圖像的分辨率約為0. 4微米。 [0097] 上述實(shí)施例中，采用位置傳感器來實(shí)時(shí)檢測樣品與成像裝置之間的相對位移量。 在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以采用其它的位置感測裝置或感測方法來檢測樣品與成像 裝置之間的相對位移量。本發(fā)明還提供了一種可用于顯微裝置的位置測量方法，該方法利 用待測樣品上的參考標(biāo)記（RP)來檢測樣品與成像裝置之間的相對位移量。
[0098]圖11示出了本發(fā)明提供的一種利用待測樣品上的參考標(biāo)記來檢測樣品與成像裝 置之間的相對位移量的位置測量方法。其中該參考標(biāo)記為L形的線，其線寬取決于顯微裝 置的光學(xué)系統(tǒng)，其被選擇為使該L形的參考標(biāo)記在圖像傳感器上的投影的線寬等于約一個(gè) 像素的尺寸。如圖11所示，該參考標(biāo)記在圖像傳感器上的L形投影的線寬為W，等于像素 61、62、63和64的寬度。
[0099] 其中該L形投影的堅(jiān)直邊覆蓋一個(gè)3X3像素矩陣中的第一行中的第1、2列的兩 個(gè)像素61和63,從而在像素61和63中分別形成灰度值gl和g2,通過該灰度值gl和g2 可計(jì)算出參考標(biāo)記的左邊沿距離該3X3像素矩陣的左邊界的水平方向的距離x。
[0100] 該該L形投影的水平邊覆蓋一個(gè)3X3像素矩陣中的第三列中的第2、3行的兩個(gè) 像素62和64,從而在像素62和64中分別形成灰度值g3和g4。，通過該灰度值g3和g4可 計(jì)算出參考標(biāo)記的下邊沿距離該3X3像素矩陣的下邊界的堅(jiān)直方向的距離y。
[0101] 其中：

【權(quán)利要求】
1. 一種顯微裝置，包括： 位移裝置，用于使待測樣品與成像裝置之間產(chǎn)生相對位移，所述位移位于一個(gè)平面 內(nèi)； 成像裝置，用于獲取所述待測樣品在相對于所述成像裝置的不同位置處的多幅圖像， 其中所述多幅圖像具有第一分辨率； 位置感測裝置，用于檢測所述待測樣品與所述成像裝置之間的相對位移； 圖像處理裝置，用于接收所述具有第一分辨率的多幅圖像和所述位置感測裝置檢測到 的所述位移，并根據(jù)檢測到的所述位移將所述多幅具有第一分辨率的圖像疊加，合成出具 有高于第一分辨率的第二分辨率的圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微裝置，其中所述位移裝置用于使所述待測樣品發(fā)生位 移。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微裝置，其中所述位移裝置用于使所述成像裝置發(fā)生位 移。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微裝置，還包括用于產(chǎn)生照射所述待測樣品的平行光的光 源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微裝置，還包括用于發(fā)出照射所述待測樣品的光的脈沖式 光源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微裝置，其中所述平面為水平面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的顯微裝置，其中所述位移裝置包括限位裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微裝置，其中每間隔一采樣間隔時(shí)間，所述成像裝置獲取 一幅所述待測樣品的圖像。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的顯微裝置，其中所述采樣間隔時(shí)間被選擇為使間隔一個(gè)所述 采樣間隔時(shí)間的相鄰的所述具有第一分辨率的圖像之間的相對位移量等于所述成像裝置 的一個(gè)像素的尺寸的1/10-1/3。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微裝置，其中所述位移裝置的位移幅度使得所述多幅具 有第一分辨率的圖像之間的最大位移量大于所述成像裝置的一個(gè)像素的尺寸。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微裝置，其中所述位移裝置為振動(dòng)裝置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微裝置，其中所述顯微裝置為透射式或反射式顯微鏡，或 者投影式無透鏡顯微裝置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微裝置，其中所述位置感測裝置包括設(shè)置在待測樣品上 的參考標(biāo)記，所述參考標(biāo)記在所述成像裝置上所成的像覆蓋所述成像裝置的多個(gè)像素，根 據(jù)所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素的灰度值之間的相對關(guān)系確定參考標(biāo)記相對于所述成像裝 置的位置。
14. 一種成像方法，包括： 利用成像裝置獲取待測樣品的并具有第一分辨率的多幅圖像； 使所述待測樣品與所述成像裝置形成相對位移，所述位移位于一個(gè)平面內(nèi)； 檢測所述待測樣品與所述成像裝置之間的相對位移量； 接收多幅所述具有第一分辨率的圖像和所檢測到的位移，并根據(jù)所檢測到的位移將所 述具有第一分辨率的多幅圖像疊加，合成出具有高于第一分辨率的第二分辨率的圖像。
【文檔編號】G02B21/06GK104516098SQ201310461837
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】郁彥彬, 郭心, 杜昭輝, 郭勇 申請人:西門子公司