傅里葉光場顯微成像技術—2D顯微鏡實現3D成像

傅里葉光場顯微激光散斑技術性—2D體視顯微鏡保證3D激光散斑

提要：近來來，光場顯微技巧的運用越發越廣泛運用，首要性光場體視顯微鏡觀察觀察觀察的提高和不斷改進也不會斷導致。現如今銷售市場的2D體視顯微鏡觀察觀察觀察比比皆是，該怎樣在其根本上達成三維空間激光散斑一直以來是激光散斑行業的流行內容，這一次大部分討論會3D激光散斑阿拉伯數字激光散斑手機拍照的分析，即3D光場體視顯微鏡觀察觀察觀察激光散斑技巧，跟隨著在中國外學界使用分析明確提出了種種光場體視顯微鏡觀察觀察觀察的提高對模型，將鑒別率、變小公倍數等首要參數實施了為顯著不斷改進，小臭尋址了光場顯微技巧的運用行業。同樣，鑒于近來來徽型化ibms技巧的壯大，徽型化光場顯微技巧也迅速稱得上在中國外學界分析的wifi。 

1. 傅里葉光場顯微顯像系統在國內的外的提升

2014年，Rober等人在核熒光顯微鏡的像平面上放置了一個微透鏡陣列，構建了一個光場反卷積顯微鏡(LFDM)裝置，如圖1所示。為了克服LFM中軸向和橫向空間分辨率之間的權衡，研究團隊通過利用記錄數據的混疊并使用適用于LFM的3D反卷積算法，有效地獲得了改進的橫向和軸向分辨率，蕞終在生物樣品內部的橫向和軸向維度上，分別實現了高達約1.4μm和2.6μm的有效分辨率。

圖1

2019年，我國的學者團隊通過改變微透鏡陣列與透鏡和圖像傳感器之間的相對位置，使微透鏡陣列遠離了光學系統的本征像面，第1次提供 了蒙題辨率光場體視體視顯微鏡（HR-LFM）性質，有效率避開了一般光場體視體視顯微鏡所產生的改建偽影。直接鑒于微透鏡陣列的手機移動，圖象感應器器已不再計錄原始像品面處的圖片混疊，在很大程度上提升了顯像判斷率，如2圖甲中。

圖2

這一裝置廣泛應用于活體細胞成像，三維分辨率為300nm-700nm，成像深度為幾微米，體積采集時間為毫秒級。該方法可以將線性調頻作為一種特別有用的工具，在多個時空水平上理解生物系統。此后隨著光場顯微技術的快速發展，光場顯微鏡產生了更多類型的演變，如圖1-7所示。研究人員通過在微型顯微鏡平臺上引入光場顯微鏡（LFM），構建了微型化光場顯微鏡（MiniLFM），證明了單次掃描體積重建，如圖3所示。這是通過將微透鏡陣列（MLA）與光場反褶積算法相結合，將微透鏡陣列（MLA）引入到現有的微型鏡平臺上。然而，這種設計在多個深度上存在橫向分辨率不均勻的問題。

圖3

2. 超小型化整合技巧的進展

光學元件光學顯微鏡觀察一種在很大的地步上抵制韓國整合的方法，它大部分卻仍然一種容積永濠、成本最貴的電腦桌面機器設備。在精神科學技術性中，顯微方法在活體家禽上身贏得了寬泛的應運，然而傳統化光學顯微鏡觀察的優越性性阻攔了腦激光散斑科學實驗的范圍圖和經營規模。2012年，KunalKGhosh等第1次做出了光場熒光顯微鏡的袖珍型化結合，圖甲4所顯示。

這是一種微型集成熒光顯微鏡，由大量可生產部件制成，包括半導體光源和傳感器。該設備能夠在活躍的老鼠身上進行0.5mm3的高速細胞成像。與高分辨率光纖顯微鏡相比，這一設備在光學靈敏度、視野、分辨率、成本和便攜性方面具有優勢。

圖4

傳統的光場顯微鏡（LFM）同時捕獲入射光的二維空間和二維角度信息，能夠通過單個相機計算重建樣本的完整三維體積信息，如圖5所示。對于傳統的線性調頻，將微透鏡陣列（MLA）放置在寬視場顯微鏡的本征像面（NIP）上，并且光學信號以混疊方式記錄在MLA后焦平面的微透鏡上，但線性調頻的空間信息采樣模式是不均勻的，導致了重建偽影的出現。除此之外，體積重建采用波光學模型的PSF反褶積。傳統線性調頻的PSF在橫向和軸向尺寸上都是空間變化的，這增加了計算成本，使得重建相當慢，不利于快速觀察動態或功能數據。

圖5

傅里葉光場電子顯微鏡可以通過在透鏡和微透鏡陣列互相添加是一個新的光纖激光切割機的透鏡，第1次將磁學改換從時域轉回傅里葉域（FD），右圖6右圖。在傅里葉頻域磁學系統軟件中，所有信息也能以看成有差異 正弦交流電方程的累加，于是此種磁學透鏡的添加能將入射光波變身有差異 頻繁的暖色正等軸測圖波的波形組合構成，仍然有差異 暖色正等軸測圖光具備有有差異 的彈性系數，即復波幅，于是后焦面上方有差異 作標的光強分布圖，分屬入射光波可分離出來的有差異 頻繁單色光波的輸出功率，親政置座標和光的頻段是成對應的。是來自于中繼像面處畫面的光場被傅里葉透鏡轉化為傅里葉頻域下的光場，并與物鏡后瞳孔波前共軛，微透鏡陣列依據對波前分節，在單獨透鏡后傳送斜度消息，而使攝像機在有差異 地區內容輸出圖像文件。

圖6

傅里葉光場操作軟件確認在傅里葉域（FD）中登記4D光場，成相策劃方案關鍵確認不同方試方法對LFM確定更改。一開始，FD操作軟件允許的以同一的混疊方試方法左右入射光的服務器和方向產品信息，很好地防止出現鑒于沉余而存在的其中偽影。第二種，鑒于FD以多正確處理機系統方試方法正確處理信息，對此還可以用中國統一的3d點拓展方程來分析圖像文件造成，可以大下降了計算出來成本費。

3. 光場推廣和三維成像模形

結合光場顯微技術和傅里葉變換理論的有關知識，微型化傅里葉光場顯微鏡的設計是在光場顯微鏡的基礎上引入一個新的光學透鏡，這一透鏡放置的位置應遠離像平面NIP處，同時應放置在主透鏡和微透鏡陣列之前；根據微型化的實際需要，本次選用的物鏡系統是折射率呈梯度變化的自聚焦透鏡GRINlens。由此可以初步得出微型化傅里葉光學系統的主要光學結構如圖7所示，這也是光場傳播和成像的主要路徑。

圖7

4. 激光切割光路設計制作

傅里葉光場光學電子顯微鏡是在不斷改進后的蒙題辨率光場光學電子顯微鏡的前提上，在透鏡和微透鏡陣列中放進去其中一個新的透鏡，該透鏡能將光場從時域轉成成頻域，確保傅里葉調換的功用。為確保小形化，物鏡系統采用了GRINlens確保，重要的激光鐳雕機的光路的工作原理圖如圖一樣8一樣。

圖8

5. 機械設備方案整體上格局方案

本定制的光學材料薄膜護殼是應中用傅里葉光場體視顯微鏡觀察觀察的微信化而行成的。隨著時間的推移微信化集成型方法的快速發展前景，愈來愈越快的學術界公司已經探析將光場顯微方法與微信化方法實施融入，也在此定制出了適于于差異環路的微信化來裝修設計模式化。右圖9如圖所示，一學術界公司充分利用GRINLENS做物鏡機系統，定制進行了了般光學材料薄膜體視顯微鏡觀察觀察和光場體視顯微鏡觀察觀察的微信化來裝修設計。憑借調整各元電子器件的相比方位，詞組英文性進行壓縮整一個微信化護殼的長寬，在微信化的同一時間推動環路定制的估計用途。

圖9

特征提取某種調查科研成果，會按照所規劃的微信化傅里葉光場顯微鏡觀察觀察，在本來的光場顯微鏡觀察觀察微信化底殼的基礎知識上，建立其中一個新的縫隙，也可以安裝新建立的傅里葉透鏡。緊密聯系前面規劃好的各元電子元件的長寬技術參數和對應座位，緊密聯系激光鐳雕機的光路預估變現的功能模塊，蕞終規劃并完成任務了微信化傅里葉系統的的光學反應底殼構成，按照長寬及構成長為10如下圖所示。

圖10

圖11

6. 總結報告

15年來，人們一直提出實施光場顯微鏡（也稱為全透視或整體顯微鏡）。光場顯微鏡能夠記錄厚樣品的3D信息，而無需執行多次拍攝。通過捕獲不同的視角并使用適當的算法，可以進行深度重建（關注不同的平面）并計算樣品寬度和長度上可區分部分的深度圖。隨著該技術進一步的拓展，應用已逐漸走向大眾并實現產品化，比如上海昊量光電代理的西班牙的DOIT 3D Micro相機如圖11所示，DOIT®（數字光學成像技術）基于全能信息捕獲的范式轉變。它設計不是在圖像平面附近捕獲信息（傳統技術可以這樣做），而是在傅里葉平面中捕獲信息。通過這種方式，可以直接獲得正交透視，而無需任何數字處理。此外，還避免了使用小微透鏡的要求，這避免了限制傳統全透鏡模式分辨率的波粒二象性，通過zui簡單的方法讓2D顯微鏡實現3D成像如圖12所示。

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