一種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置及系統的制作方法
【專利摘要】一種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置及系統，屬于生物醫學檢測領域。其技術要點在于設計一種高分辨率、便攜式的光流控顯微成像裝置及系統，包括可用于進行圖像增強顯示的成像光學附件，以及用于進一步改善圖像顯示效果的處理算法。本發明可廣泛應用于生物醫學中常見致病菌的檢測，以及克服傳統光學顯微鏡體積龐大、對焦繁瑣、圖像傳輸步驟復雜等缺陷，具有良好的應用前景。
【專利說明】
一種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置及系統
技術領域
[0001]本發明涉及生物醫學檢測領域，特別涉及一種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置及系統。
【背景技術】
[0002]光學顯微鏡被廣泛應用于生物醫學檢測，然而其體型龐大、造價高昂以及調焦復雜等缺陷限制了在許多領域及地區的應用。為了克服這些問題，手持型、微型化的顯微鏡近些年來蓬勃發展，也漸漸從科研研究走到實用領域之中。然而這些大部分的光學顯微鏡仍然不能脫離光學透鏡組的基本組成形式，即一般無法克服調焦繁瑣、鏡筒過長等問題。
【發明內容】
[0003]針對上列需求和現實存在的問題，本發明提供了一種結構簡單，放大倍率較大以及操作便捷的微型顯微鏡系統，包括一種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置，以及用于進行進一步圖像增強操作的圖像處理系統。可用于為生物醫學中細胞溶液、細胞內液，及部分致病菌溶液的檢測和診斷，以及用于后續遠程醫療、共同會診等需求。
[0004]—種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置，包括光傳輸器件以及套筒腔體。
[0005]所述的光傳輸器件包括光源、各級圖像傳輸器件以及CM0S/CCD成像器件，其中光源、各級圖像傳輸器件用于進行被CM0S/CCD成像器件拍攝之前的圖像增強。
[0006]所述的套筒腔體能夠構造成所述光傳輸器件的中心點光路內對齊傳輸方式，并對所述的光傳輸器件進行固定。
[0007]所述各級圖像傳輸器件包括三級，分別為:
[0008](I)用于為所述圖像傳輸提供光源的第一級照明元件；
[0009](2)用于檢測組織物固定和初級放大的第二級光傳輸器件；
[0010](3)用于圖像二次放大和成像的第三級光傳輸器件。
[0011]所述第一級照明元件包括光源LED，聚光透鏡和濾光片，所述套筒腔體構造成以在所述照明路徑內中心點對齊的方式容納所述聚光透鏡及濾光片；
[0012]所述第二級光傳輸器件將用于放置待測組織物的聚二甲基硅氧烷PDMS微流槽與微透鏡陣列固定于一體，微流槽溝道設計寬度可容納待測樣本，為20微米?50微米；
[0013]所述第三級光傳輸器件包括光錐、CM0S/CXD圖像傳感器，圖像傳感器使用高速全局快門CM0S/CCD傳感器，光敏面與光錐出射端面以封閉的光波導形式耦合在一起以接收從所述二級光傳輸器件所獲得的圖像。
[0014]上述的基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置用于對從CM0S/CXD圖像傳感器獲取的圖像進行增強處理的系統，除便攜式光流控顯微成像裝置的組成結構外，該系統從所述圖像傳感器獲得所需圖像，并在個人電腦設備上執行的編程用于對所述圖像傳感器接收到的圖像進行增強顯示，存儲以及光學畸變進行校準。
[0015]本發明可廣泛應用于生物醫學中常見致病菌的檢測，以及克服傳統光學顯微鏡體積龐大、對焦繁瑣、圖像傳輸步驟復雜等缺陷，具有良好的應用前景。【附圖說明】
[0016]圖1示出了本發明的顯微成像裝置結構圖。
[0017]圖2示出了液體樣本-PDMS微流槽檢測端。[〇〇18]圖3示出了圖像處理系統的流程圖。
[0019]圖中:A成像裝置;B圖像處理系統;M第一級光照元件；
[0020]N第二級光傳輸器件;0第三級光傳輸與成像器件；
[0021] 10.CM0S/CCD圖像傳感器;11.光錐;12.套筒;13.LED; 14.紐扣電池盒；
[0022] 15.聚光透鏡;16.微透鏡陣列；17.固定架;18.樣本微流槽;19.濾光片；[〇〇23] 30.液體樣本進口； 31.液體樣本出口； 32.PDMS微流槽;33.微透鏡陣列；
[0024] 34 ?毛細管。【具體實施方式】
[0025]圖1示出了本發明的顯微成像裝置的結構圖。M模塊示出了第一級光照元件，該級元件中外置LED光源13、聚光透鏡15與濾光片19串聯且同軸堆疊于套筒腔體內，用于為圖像傳輸提供均勻的光照，并可將光線更好的聚焦于所述檢測樣本表面。其中LED光源可根據顯微模式(如明場顯微或熒光顯微)而選擇特定波段。光源采用位于腔體內壁的紐扣電池供電。
[0026]圖1中N模塊示出了用于光線耦合和放大的第二級光傳輸元件，其中由濾光片19與 PDMS微流槽附接。光錐與經過微透鏡放大與聚焦的圖像被投射到光錐11入射端面，經光錐再次放大后被CM0S/CXD圖像傳感器10成像。
[0027]光錐模塊，可以利用其具有的較高能量耦合效率的優勢將可見光圖像高效的傳輸到光學顯微鏡透鏡組內，且本身光錐具有10倍以內的放大作用。直接將制備好的樣本(生物醫學或者海洋環境微生物樣本)放置于入射小端面，在出射大端面可得到放大的圖像。在耦合之前，將圖像傳感器的濾光片及微透鏡層去掉，將其光敏面與光錐大端面耦合在一起，形成一條閉合的光波導。
[0028]圖2詳細示出了圖1中0模塊的具體構造圖，進行液體樣本觀測時，由針管將液體樣本從PDMS微流槽的注入端30—側注入，壓力差會誘導液體流動，以保持壓力平衡，液體將流入微流槽34并流至輸出導管，在此過程，圖像傳感器將對其進行成像。
[0029]圖3詳細示出了個人電腦端進行的圖像增強步驟流程圖，由CM0S/CCD圖像傳感器獲取的圖像數據上傳至電腦端，執行圖像增強操作，并可進一步在云端對分布在不同地域的使用者進行信息記錄，以及建立數據庫，方便共享診斷數據與經驗等。[0〇3〇]進行顯微觀測時，液體樣本以100um?1000um/s的流速經過微流槽，圖像傳感器采用500fps幀率進行拍照并存儲，也可以拍攝視頻進行后續處理。個人電腦執行步驟20以獲取圖像傳感器輸出的多幀下采樣原始圖像，首先進行灰度化操作21大幅壓縮數據量來減少后續圖像增強操作計算時間。步驟22對所述多幀圖像進行運動估計以獲取偏移量，并配準以合成高分辨率圖像來彌補由圖像傳感器本身性質、噪聲影響等原因造成的圖像信息量損失，最終處理的圖像被執行存儲于計算機硬盤或直接用于顯示的操作23。
【主權項】
1.一種基于光錐的便攜式光流控顯微成像裝置，其特征在于，包括光傳輸器件以及套筒腔體； 所述的光傳輸器件包括光源、各級圖像傳輸器件以及CMOS/CCD成像器件，其中光源、各級圖像傳輸器件用于進行被CMOS/CCD成像器件拍攝之前的圖像增強； 所述的套筒腔體能夠構造成所述光傳輸器件的中心點光路內對齊傳輸方式，并對所述的光傳輸器件進行固定。2.根據權利要求1所述的便攜式光流控顯微成像裝置，其特征在于，所述各級圖像傳輸器件包括三級，分別為: (1)用于為所述圖像傳輸提供光源的第一級照明元件； (2)用于檢測組織物固定和初級放大的第二級光傳輸器件； (3)用于圖像二次放大和成像的第三級光傳輸器件。3.根據權利要求2所述的便攜式光流控顯微成像裝置，其特征在于， 所述第一級照明元件包括光源LED，聚光透鏡和濾光片，所述套筒腔體構造成以在所述照明路徑內中心點對齊的方式容納所述聚光透鏡及濾光片； 所述第二級光傳輸器件將用于放置待測組織物的聚二甲基硅氧烷PDMS微流槽與微透鏡陣列固定于一體，微流槽溝道設計寬度可容納待測樣本，為20微米?50微米； 所述第三級光傳輸器件包括光錐、CMOS/CCD圖像傳感器，圖像傳感器使用高速全局快門CMOS/CCD傳感器，光敏面與光錐出射端面以封閉的光波導形式耦合在一起以接收從所述二級光傳輸器件所獲得的圖像。4.一種用于對從CMOS/CCD圖像傳感器獲取的圖像進行增強處理的系統，該系統包括光傳輸器件以及套筒腔體;其特征在于， 所述的光傳輸器件包括光源、各級圖像傳輸器件以及CMOS/CCD成像器件，其中光源、各級圖像傳輸器件用于進行被CMOS/CCD成像器件拍攝之前的圖像增強； 所述的套筒腔體能夠構造成所述光傳輸器件的中心點光路內對齊傳輸方式，并對所述的光傳輸器件進行固定； 從所述圖像傳感器獲得所需圖像，并在個人電腦設備上執行的編程用于對所述圖像傳感器接收到的圖像進行進一步增強顯示，存儲以及光學畸變進行校準;其中，增強顯示用于對所述圖像進行去灰度轉換、圖像配準、圖像重構以及后續分析操作。
【文檔編號】G01N21/17GK105954194SQ201610272432
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】喻言, 王偉明, 黃輝, 歐進萍
【申請人】大連理工大學