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    重庆时时彩怎么登录: 快门式动态实时体视显微成像装置及方法.pdf

    关 键 词:
    快门 动态 实时 体视 显微 成像 装置 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510810107.7

    申请日:

    2015.11.20

    公开号:

    CN106772980A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G02B 21/22申请日:20151120|||公开
    IPC分类号: G02B21/22; G02B21/06; G02B21/36 主分类号: G02B21/22
    申请人: 南京理工大学
    发明人: 张玉珍; 孔富城; 左超; 陈钱; 顾国华; 孙佳嵩; 秦圣; 王铭群
    地址: 210094 江苏省南京市孝陵卫200号
    优先权:
    专利代理机构: 南京理工大学专利中心 32203 代理人: 朱显国
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510810107.7

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种快门式动态实时体视显微成像装置及方法。该装置包括从下至上依次设置的LED阵列、样品载物台、显微物镜、镜筒透镜、摄像机,还包括快门式3D眼镜、计算机和快门式3D显示器;其中LED阵列的中心位于显微物镜、镜筒透镜的中心轴线上;LED阵列和摄像机均与计算机连接。方法为:将样品置于样品载物台,计算机控制LED阵列交替产生两个圆形照明光,透过样品载物台被显微物镜收集,并进行放大成像后入射至镜筒透镜,计算机驱动摄像机对穿过镜筒透镜的样品图像进行采样,并输入快门式3D显示器,观察者佩戴快门式3D眼镜即可对样品图像进行动态实时立体显微观看。本发明单通道、无色差影响、分辨率高、焦深和体视角均可灵活调整,实现了对样品的动态实时观看。

    权利要求书

    1.一种快门式动态实时体视显微成像装置,其特征在于,包括P4系列LED阵列
    (1)、样品载物台(2)、显微物镜(3)、镜筒透镜(4)、摄像机(5)、快门式3D显示
    器(6)、计算机(7)和快门式3D眼镜(8);其中P4系列LED阵列(1)、样品载物台
    (2)、显微物镜(3)、镜筒透镜(4)、摄像机(5)从下至上依次设置,且P4系列LED
    阵列(1)的中心位于显微物镜(3)、镜筒透镜(4)的中心轴线上;P4系列LED阵列
    (1)和摄像机(5)的控制端均与计算机(7)连接,摄像机(5)的输出端接入快门式
    3D显示器(6);
    将待成像的样品置于样品载物台(2),计算机(7)向P4系列LED阵列(1)发送
    设定频率的触发信号,使P4系列LED阵列(1)交替产生两个颜色相同的圆形照明光,
    照明光透过样品载物台(2)被显微物镜(3)收集,显微物镜(3)将收集的照明光进
    行放大成像后入射至镜筒透镜(4),计算机(7)向驱动摄像机(5)发送触发信号以驱
    动摄像机(5)对穿过镜筒透镜(4)的样品图像进行采样,摄像机(5)将采集的样品
    图像输入快门式3D显示器(6)进行显示,观察者通过佩戴快门式3D眼镜(8)观看
    快门式3D显示器(6)即可动态实时地观看到样品图像的立体显微结构。
    2.根据权利要求1所述的快门式动态实时体视显微成像装置,其特征在于,所述
    P4系列LED阵列(1)提供红色、绿色、蓝色、青色、粉色、黄色、白光七种颜色的照
    明光,本装置采用任意颜色照明光均可,两个圆形照明光源颜色相同即可;P4系列LED
    阵列的单元板尺寸为128mm*128mm、像素个数为32*32、像素间距4mm,每个像素点
    均可单独点亮。
    3.根据权利要求1所述的快门式动态实时体视显微成像装置,其特征在于,所述
    P4系列LED阵列(1)距离样品载物台(2)上表面的距离为75~85mm。
    4.根据权利要求1所述的快门式动态实时体视显微成像装置,其特征在于,所述
    计算机(7)向P4系列LED阵列(1)发送设定频率的触发信号,使P4系列LED阵列
    (1)交替产生两个半径为r、圆心间距为d、颜色相同的圆形照明光源,其中r、d为像
    素点个数。
    5.根据权利要求1所述的快门式动态实时体视显微成像装置,其特征在于,所述
    摄像机(5)的CCD镜头位于镜筒透镜(4)的后焦面上。
    6.根据权利要求1所述的快门式动态实时体视显微成像装置,其特征在于,所述
    计算机(7)向摄像机(5)发送的触发信号与向P4系列LED阵列(1)发送的设定频
    率的触发信号保持同步。
    7.一种基于权利要求1所述装置的快门式动态实时体视显微成像方法,其特征在
    于,步骤如下:
    步骤1,将待成像的样品置于样品载物台(2),计算机(7)向P4系列LED阵列(1)
    发送设定频率的触发信号,使P4系列LED阵列(1)按确定频率交替产生两个颜色相
    同的圆形照明光;
    步骤2,步骤1产生的照明光透过样品载物台(2)被显微物镜(3)收集,显微物
    镜(3)将收集的照明光进行放大成像后入射至镜筒透镜(4);
    步骤3,计算机(7)向驱动摄像机(5)发送与步骤1设定频率的触发信号以驱动
    摄像机(5)对穿过镜筒透镜(4)的样品图像进行采样,得到分别对应于不同圆形照明
    光的显微样品图像;
    步骤4,摄像机(5)将步骤3拍摄到的多帧显微样品图像输入快门式3D显示器(6)
    分别作为左、右眼图像进行显示;
    步骤5,观察者通过佩戴快门式3D眼镜(8)观看快门式3D显示器(6)即可实时
    观看到样品图像的立体显微结构;
    步骤6,观察者通过调整P4系列LED阵列(1)上圆形光源的圆心间距d和半径r
    分别实现对体视角和焦深的控制,从而达到最佳的观测效果。
    8.根据权利要求7所述的快门式动态实时体视显微成像方法,其特征在于,步骤1
    所述P4系列LED阵列(1)按设定频率交替产生两个圆形照明光,该两个圆形照明光
    的半径为r、圆心间距为d、颜色相同,其中r、d为像素点的个数。
    9.根据权利要求7所述的快门式动态实时体视显微成像方法,其特征在于,步骤3
    所述计算机(7)向摄像机(5)发送的触发信号与步骤1中计算机(7)向P4系列LED
    阵列(1)发送的设定频率的触发信号保持同步。
    10.根据权利要求7所述的快门式动态实时体视显微成像方法,其特征在于,步骤
    5所述观察者通过佩戴快门式3D眼镜(8)观看快门式3D显示器(6)即可实时观看到
    样品图像的立体显微结构,其中快门式3D眼镜(8)的左、右眼图像分别对应不同的帧,
    当左眼对应的帧图像在快门式3D显示器(6)上显示时,通过快门式3D显示器(6)
    红外线控制开关,将观察者佩戴的快门式3D眼镜(8)右眼镜片关闭,反之则将左眼镜
    片关闭,使得双眼能在正确的时间观看到正确的帧画面。

    说明书

    快门式动态实时体视显微成像装置及方法

    技术领域

    本发明属于光学显微立体成像技术领域,特别是一种快门式动态实时体视显微成像
    装置及方法。

    背景介绍

    人眼具有立体视觉的效果,可以区分物体的前后、远近,这是由于人类感知自然深
    度是由于左、右眼观看真实世界有轻微的差异造成的。立体视觉来源于“视差”,人的双
    眼有4—6cm的距离,观看物体时,左眼看到物体左侧面的成分较多,右眼看到物体右
    侧面的成分较多,所以实际上我们看到物体时两只眼睛中的图像是有差别的,这个差别
    被称为“视差”。大脑具有解读视差的能力,这两个有差异的图像经过大脑综合以后就能
    区分物体的深度层次关系,从而产生立体视觉,我们看到的是有景深的图像,这就是人
    眼立体视觉的原理。一般来说,图像的视差值越大,立体感越强,即在表现同一物体时,
    两台相机模拟人眼距离越大,立体感越强。但距离不可无限增大,因为当距离无限增大
    时,不再满足获得立体视觉效果的条件,不可为双眼提供具有一定深度信息的视差,
    从而不能形成立体视觉。传统立体显微镜由一个共用的初级物镜对物体成像后,经过两
    组倍率可以调节的中间物镜组分开,然后经过角度12-15°的目镜组成像,这样的话便可
    以为左右眼分别提供角度不同的图像,经过大脑的综合处理后,人眼看到的就是一幅有
    景深的立体视觉图像。

    传统的立体显微镜优点很明显:使用方便,操作简便。但是它存在的问题也是无法
    弥补的:(1)焦深和体视角是不可调的,由于人眼瞳距个体差异,人眼的体视角不一样,
    这样会导致个人观看效果的不理想;(2)双通道光路不仅使仪器笨重而且成本也会加大,
    不利于仪器的推广使用;(3)成像视野小,成像质量较差,不可以动态实时观看到物体
    的详细信息。而红蓝式体视观看的最大的缺点就是视觉疲劳,而且会有色差的影响;偏
    振式体视观看虽然可以消除色差的影响却带来了分辨率降低的缺点。

    发明内容

    本发明的目的在于提供一种可实现单通道、无色差影响、分辨率高、焦深和体视角
    均可灵活调整的快门式动态实时体视显微成像装置及方法,实现对样品的动态实时观
    看,提升观察者体验度。

    实现本发明目的的技术解决方案为:一种快门式动态实时体视显微成像装置,包括
    P4系列LED阵列、样品载物台、显微物镜、镜筒透镜、摄像机、快门式3D显示器、
    计算机和快门式3D眼镜;其中P4系列LED阵列、样品载物台、显微物镜、镜筒透镜、
    摄像机从下至上依次设置,且P4系列LED阵列的中心位于显微物镜、镜筒透镜的中心
    轴线上;P4系列LED阵列和摄像机的控制端均与计算机连接,摄像机的输出端接入快
    门式3D显示器;

    将待成像的样品置于样品载物台,计算机向P4系列LED阵列发送设定频率的触发
    信号,使P4系列LED阵列交替产生两个颜色相同的圆形照明光,照明光透过样品载物
    台被显微物镜收集,显微物镜将收集的照明光进行放大成像后入射至镜筒透镜,计算机
    向驱动摄像机发送触发信号以驱动摄像机对穿过镜筒透镜的样品图像进行采样,摄像机
    将采集的样品图像输入快门式3D显示器进行显示,观察者通过佩戴快门式3D眼镜观
    看快门式3D显示器即可动态实时地观看到样品图像的立体显微结构。

    一种基于所述装置的快门式动态实时体视显微成像方法,步骤如下:

    步骤1,将待成像的样品置于样品载物台,计算机向P4系列LED阵列发送设定频
    率的触发信号,使P4系列LED阵列按确定频率交替产生两个颜色相同的圆形照明光;

    步骤2,步骤1产生的照明光透过样品载物台被显微物镜收集,显微物镜将收集的
    照明光进行放大成像后入射至镜筒透镜;

    步骤3,计算机向驱动摄像机发送与步骤1设定频率的触发信号以驱动摄像机对穿
    过镜筒透镜的样品图像进行采样,得到分别对应于不同圆形照明光的显微样品图像;

    步骤4,摄像机将步骤3拍摄到的多帧显微样品图像输入快门式3D显示器分别作
    为左、右眼图像进行显示;

    步骤5,观察者通过佩戴快门式3D眼镜观看快门式3D显示器即可实时观看到样品
    图像的立体显微结构;

    步骤6,观察者通过调整P4系列LED阵列上圆形光源的圆心间距d和半径r分别
    实现对体视角和焦深的控制,从而达到最佳的观测效果。

    本发明与现有技术相比,其显著优点在于:(1)P4系列LED阵列的使用,取代了
    传统立体显微镜的双光路,简化了系统设计,不仅使成像系统简便而且有效降低成本;
    (2)通过采用LED阵列作为照明光源,具有系统本身的光源,受外界干扰较小,观察
    条件的限制性降低,在暗背景下能够进行观看;(3)通过控制P4系列LED阵列上的圆
    形照明光源的半径r和圆心距离d分别实现对焦深和体视角的灵活可调;(4)计算机向
    摄像机发送的触发信号与其向P4系列LED阵列发送的设定频率的触发信号保持同步,
    将摄像机采集到的多帧图像传到快门式3D显示器上左右眼图像分别对应不同的帧,当
    左眼对应的帧图像在快门式3D显示器上显示时,通过快门式3D显示器红外线控制开
    关,将观察者佩戴的快门式3D眼镜右眼镜片关闭,反之则将左眼镜片关闭,使得双眼
    能在正确的时间观看到正确的帧画面,从而便可以对样品在分辨率不降低、无色差的情
    况下进行观看。

    附图说明

    图1是本发明快门式动态实时体视显微成像装置的结构示意图。

    图2是本发明中P4系列LED阵列产生的白色圆形照明光示意图,(a)图为初始化
    时P4系列LED阵列产生的白色圆形照明光示意图示意图,(b)图为某一时刻P4系列
    LED阵列产生的白色圆形照明光示意图,(c)图为下一时刻P4系列LED阵列产生的白
    色圆形照明光示意图。

    图3是本发明中P4系列LED阵列控制体视角和焦深的原理示意图。

    图4是本发明实施例中摄像机所拍摄到的样品图。

    具体实施方式

    下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

    结合图1,本发明快门式动态实时体视显微成像装置,其特征在于,包括P4系列
    LED阵列1、样品载物台2、显微物镜3、镜筒透镜4、摄像机5、快门式3D显示器6、
    计算机7和快门式3D眼镜8;其中P4系列LED阵列1、样品载物台2、显微物镜3、
    镜筒透镜4、摄像机5从下至上依次设置,且P4系列LED阵列1的中心位于显微物镜
    3、镜筒透镜4的中心轴线上;P4系列LED阵列1和摄像机5的控制端均与计算机7
    连接,摄像机5的输出端接入快门式3D显示器6;

    将待成像的样品置于样品载物台2,计算机7向P4系列LED阵列1发送设定频率
    的触发信号,使P4系列LED阵列1交替产生两个颜色相同的圆形照明光,照明光透过
    样品载物台2被显微物镜3收集,显微物镜3将收集的照明光进行放大成像后入射至镜
    筒透镜4,计算机7向驱动摄像机5发送触发信号以驱动摄像机5对穿过镜筒透镜4的
    样品图像进行采样,摄像机5将采集的样品图像输入快门式3D显示器6进行显示,观
    察者通过佩戴快门式3D眼镜8观看快门式3D显示器6即可动态实时地观看到样品图
    像的立体显微结构。

    优选地,所述P4系列LED阵列1提供红色、绿色、蓝色、青色、粉色、黄色、白
    光七种颜色的照明光,本装置采用任意颜色照明光均可,两个圆形照明光源颜色相同即
    可;P4系列LED阵列的单元板尺寸为128mm*128mm、像素个数为32*32、像素间距
    4mm,每个像素点均可单独点亮。

    优选地,所述P4系列LED阵列1距离样品载物台2上表面的距离为75~85mm。

    进一步地,所述计算机7向P4系列LED阵列1发送设定频率的触发信号,使P4
    系列LED阵列1交替产生两个半径为r、圆心间距为d、颜色相同的圆形照明光源,其
    中r、d为像素点个数。

    优选地,所述摄像机5的CCD镜头位于镜筒透镜4的后焦面上。

    进一步地,所述计算机7向摄像机5发送的触发信号与向P4系列LED阵列1发送
    的设定频率的触发信号保持同步。

    本发明基于权利要求1所述装置的快门式动态实时体视显微成像方法,步骤如下:

    步骤1,将待成像的样品置于样品载物台2,计算机7向P4系列LED阵列1发送
    设定频率的触发信号,使P4系列LED阵列1按确定频率交替产生两个颜色相同的圆形
    照明光;

    步骤2,步骤1产生的照明光透过样品载物台2被显微物镜3收集,显微物镜3将
    收集的照明光进行放大成像后入射至镜筒透镜4;

    步骤3,计算机7向驱动摄像机5发送与步骤1设定频率的触发信号以驱动摄像机
    5对穿过镜筒透镜4的样品图像进行采样,得到分别对应于不同圆形照明光的显微样品
    图像;

    步骤4,摄像机5将步骤3拍摄到的多帧显微样品图像输入快门式3D显示器6分
    别作为左、右眼图像进行显示;

    步骤5,观察者通过佩戴快门式3D眼镜8观看快门式3D显示器6即可实时观看到
    样品图像的立体显微结构;

    步骤6,观察者通过调整P4系列LED阵列1上圆形光源的圆心间距d和半径r分
    别实现对体视角和焦深的控制,从而达到最佳的观测效果。

    进一步地,步骤1所述P4系列LED阵列1按设定频率交替产生两个圆形照明光,
    该两个圆形照明光的半径为r、圆心间距为d、颜色相同,其中r、d为像素点的个数。

    进一步地,步骤3所述计算机7向摄像机5发送的触发信号与步骤1中计算机7向
    P4系列LED阵列1发送的设定频率的触发信号保持同步

    进一步地,步骤5所述观察者通过佩戴快门式3D眼镜8观看快门式3D显示器6
    即可实时观看到样品图像的立体显微结构,其中快门式3D眼镜8的左、右眼图像分别
    对应不同的帧,当左眼对应的帧图像在快门式3D显示器6上显示时,通过快门式3D
    显示器6红外线控制开关,将观察者佩戴的快门式3D眼镜8右眼镜片关闭,反之则将
    左眼镜片关闭,使得双眼能在正确的时间观看到正确的帧画面,从而便可以对样品在分
    辨率不降低、无色差的情况下进行观看。

    实施例1

    结合图1,本发明快门式动态实时体视显微成像装置,包括P4系列LED阵列1、
    样品载物台2、显微物镜3、镜筒透镜4、摄像机5、快门式3D显示器6、计算机7和
    快门式3D眼镜8;其中P4系列LED阵列1、样品载物台2、显微物镜3、镜筒透镜4、
    摄像机5从下至上依次设置,且P4系列LED阵列1的中心位于显微物镜3、镜筒透镜
    4的中心轴线上;P4系列LED阵列1和摄像机5的控制端均与计算机7连接,摄像机5
    的输出端接入快门式3D显示器6;

    将待成像的样品置于样品载物台2,计算机7向P4系列LED阵列1发送设定频率
    的触发信号,使P4系列LED阵列1交替产生两个圆形照明光,颜色任意,只要保证两
    个圆形照明光颜色相同即可,如图2所示,本例中使用白色照明光,(a)为初始化时P4
    系列LED阵列产生的白色圆形照明光示意图示意图,(b)为某一时刻P4系列LED阵
    列产生的白色圆形照明光示意图,(c)为下一时刻P4系列LED阵列产生的白色圆形照
    明光示意图。照明光透过样品载物台2被显微物镜3收集,显微物镜3将收集的照明光
    进行放大成像后入射至镜筒透镜4,计算机7向驱动摄像机5发送与设定频率同步的触
    发信号以驱动摄像机5对穿过镜筒透镜4的样品图像进行采样,摄像机5将采集的样品
    图像输入快门式3D显示器6进行显示,观察者通过佩戴快门式3D眼镜8观看快门式
    3D显示器6即可实时观看到样品图像的立体显微结构。

    优选地,所述P4系列LED阵列1提供红色、绿色、蓝色、青色、粉色、黄色、白
    光七种颜色的照明光,本装置采用任意颜色照明光均可,只要保证两个圆形照明光源颜
    色相同即可;P4系列LED阵列1的单元板尺寸为128mm*128mm、像素个数为32*32、
    像素间距4mm,每个像素点均可单独点亮。

    优选地,所述P4系列LED阵列1距离样品载物台2上表面的距离为75~85mm。

    进一步地,所述计算机7向P4系列LED阵列1发送触发信号,使P4系列LED阵
    列1交替产生两个半径为r、圆心间距为d、颜色相同的圆形照明光源,其中r、d为像
    素点个数。如图3所示,控制LED阵列1的两个白色圆形照明光源的半径r和圆心间距
    d即可实现对焦深和体视角的灵活可调。假设左边白色圆形照明光源的半径为r,圆心
    位于A点处;右边白色圆形照明光源的半径为r,圆心位于B点处,O点为AB的中点,
    位于显微物镜、透镜的中心轴线。OC即P4系列LED阵列1与样品载物台2的距离,
    用h表示,一般为80mm左右。通过控制两个圆心的水平间隔为d可实现对体视角θ的
    控制:θ=arctand/2h;通过控制两个圆心的半径r可实现对于照明数值孔径角θNA的控
    制:θNA≈θ′=arctanr/h,数值孔径角θNA反比于焦深。

    优选地,摄像机5的CCD镜头位于镜筒透镜4的后焦面上。

    进一步地,所述计算机7向摄像机5发送的触发信号与其向P4系列LED阵列1发
    送的设定频率的触发信号保持同步,将摄像机采集到的多帧图像传到快门式3D显示器
    6上左右眼图像分别对应不同的帧,当左眼对应的帧图像在快门式3D显示器6上显示
    时,通过快门式3D显示器6红外线控制开关,将观察者佩戴的快门式3D眼镜8右眼
    镜片关闭,反之则将左眼镜片关闭,使得双眼能在正确的时间观看到正确的帧画面,从
    而便可以对样品在分辨率不降低、无色差的情况下进行观看。

    本发明快门式动态实时体视显微成像方法,步骤如下:

    步骤1,将待成像的样品置于样品载物台2,计算机7向P4系列LED阵列1发送
    设定频率的触发信号,使P4系列LED阵列1交替产生两个圆形照明光;该两个圆形照
    明光的半径为r、圆心间距为d、颜色相同,其中r、d为像素点的个数。

    步骤2,步骤1产生的照明光透过样品载物台2被显微物镜3收集,显微物镜3将
    收集的照明光进行放大成像后入射至镜筒透镜4。

    步骤3,计算机7向驱动摄像机5发送触发信号以驱动摄像机5对穿过镜筒透镜4
    的样品图像进行采样,得到分别对应于两个圆形照明光的多帧显微样品图像;所述计算
    机7向摄像机5发送的触发信号与步骤1中计算机7向P4系列LED阵列1发送的设定
    频率的触发信号保持同步。

    步骤4,摄像机5将步骤3拍摄到的多帧显微样品图像输入快门式3D显示器6分
    别作为左、右眼图像进行显示;

    步骤5,观察者通过佩戴快门式3D眼镜8观看快门式3D显示器6即可实时观看到
    样品图像的立体显微结构。图4是本实施例中摄像机所拍摄到的样品图。

    步骤6,观察者可通过调整P4系列LED阵列1上圆形光源的圆心间距d和半径r
    分别实现对体视角和焦深的控制,从而达到最佳的观测效果。

    本发明中P4系列LED阵列的使用,取代了传统立体显微镜的双光路,简化了系统
    设计,不仅使成像系统简便而且有效降低成本;通过采用LED阵列作为照明光源,具
    有系统本身的光源,受外界干扰较小,观察条件的限制性降低,在暗背景下能够进行观
    看;通过控制P4系列LED阵列上的圆形照明光源的半径r和圆心距离d分别实现对焦
    深和体视角的灵活可调;将摄像机采集到的图像传到快门式3D显示器上,从而可以实
    现对样品立体结构的动态实时清晰观看,克服红蓝立体成像的颜色效果差的缺点,避免
    了偏振式体视成像会降低分辨率的不利影响,从而提升观察者体验度,得到最佳的观察
    效果。

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    本文标题:快门式动态实时体视显微成像装置及方法.pdf
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