傅里叶光场显微成像技术—2D显微镜实现3D成像

傅里叶光场显微激光散斑工艺—2D体视显微镜变现3D激光散斑

绪论：近来来，光场显微能力的APP越变越范围广，真对光场高倍光学电子显微镜观察的问题解决和SEO网络从来不断会出现。现今销售市场的2D高倍光学电子显微镜观察比比皆是，是怎样在其基本知识上建立三维立体显像总是是显像这个业务领域的热门之一为题，此次首要研讨会3D显像自然数显像像机的钻研，即3D光场高倍光学电子显微镜观察显像能力，随之国內外学术界按照钻研提出来了各项光场高倍光学电子显微镜观察的问题解决类别，将辩认率、调小7的倍数等至关重要频率特性做好了相关性SEO网络，大大大大延伸了光场显微能力的APP这个业务领域。也，因此近来来小形化ibms能力的进步，小形化光场显微能力也会逐渐成了国內外学术界钻研的热度。 

1. 傅里叶光场显微成相技術在全球外的成长

2014年，Rober等人在核荧光显微镜的像平面上放置了一个微透镜阵列，构建了一个光场反卷积显微镜(LFDM)装置，如图1所示。为了克服LFM中轴向和横向空间分辨率之间的权衡，研究团队通过利用记录数据的混叠并使用适用于LFM的3D反卷积算法，有效地获得了改进的横向和轴向分辨率，蕞终在生物样品内部的横向和轴向维度上，分别实现了高达约1.4μm和2.6μm的有效分辨率。

图1

2019年，我国的学者团队通过改变微透镜阵列与透镜和图像传感器之间的相对位置，使微透镜阵列远离了光学系统的本征像面，第1次做出了好的成绩辨率光场高倍显微镜观察（HR-LFM）举例，很好的应对了过去的光场高倍显微镜观察产生了的修建伪影。也随着微透镜阵列的走动，图片感知器不见证原始像立体处的画面混叠，大上升了成相辩认率，如同2下图。

图2

这一装置广泛应用于活体细胞成像，三维分辨率为300nm-700nm，成像深度为几微米，体积采集时间为毫秒级。该方法可以将线性调频作为一种特别有用的工具，在多个时空水平上理解生物系统。此后随着光场显微技术的快速发展，光场显微镜产生了更多类型的演变，如图1-7所示。研究人员通过在微型显微镜平台上引入光场显微镜（LFM），构建了微型化光场显微镜（MiniLFM），证明了单次扫描体积重建，如图3所示。这是通过将微透镜阵列（MLA）与光场反褶积算法相结合，将微透镜阵列（MLA）引入到现有的微型镜平台上。然而，这种设计在多个深度上存在横向分辨率不均匀的问题。

图3

2. 袖珍型化模块化技术设备的进展

光学仪器设备显微镜观察观察都是种在更大方面上抵制韩国智能家居控制的科技，它大多数依旧都是种容积非常庞大的市场、价额很贵的win7桌面仪器设备。在神经系统数学中，显微科技在活体爬行动物的身上到了大量的应用，仅是常用显微镜观察观察的有限性性妨碍了脑显像检测的领域和产值。2012年，KunalKGhosh抓捕第1次提出者了光场荧光显微镜的徵型化集合，就像文中4图甲中。

这是一种微型集成荧光显微镜，由大量可生产部件制成，包括半导体光源和传感器。该设备能够在活跃的老鼠身上进行0.5mm3的高速细胞成像。与高分辨率光纤显微镜相比，这一设备在光学灵敏度、视野、分辨率、成本和便携性方面具有优势。

图4

传统的光场显微镜（LFM）同时捕获入射光的二维空间和二维角度信息，能够通过单个相机计算重建样本的完整三维体积信息，如图5所示。对于传统的线性调频，将微透镜阵列（MLA）放置在宽视场显微镜的本征像面（NIP）上，并且光学信号以混叠方式记录在MLA后焦平面的微透镜上，但线性调频的空间信息采样模式是不均匀的，导致了重建伪影的出现。除此之外，体积重建采用波光学模型的PSF反褶积。传统线性调频的PSF在横向和轴向尺寸上都是空间变化的，这增加了计算成本，使得重建相当慢，不利于快速观察动态或功能数据。

图5

傅里叶光场显微镜观察顺利通过在透镜和微透镜阵列之間添加一些新的光学薄膜透镜，第1次将光纤激光切割机的更改从时域转进傅里叶域（FD），右图6图甲中。在傅里叶频域光纤激光切割机的机系统中，其它电磁波能够以当作与众有所差异的正弦交流电方程的堆砌，从而上述光纤激光切割机的透镜的引出会将入射光波转变成与众有所差异的频带宽度的暖色剖面波的曲线乐队组合，根据与众有所差异的暖色剖面光拥有与众有所差异的的常数，即复波动，从而后焦表面与众有所差异的坐标值的光强布置，对应着入射光波可转化成的与众有所差异的频带宽度单色光波的电功率，登基置平面坐标和光的的频率就是一两对应的。产于中继像面处图片的光场被傅里叶透镜改变为傅里叶频域下的光场，并与物镜后瞳孔波前共轭，微透镜阵列能够 对波前数段，在单独一个透镜后视频传输方向角资讯，以此使手机相机在其他板块伤害数字图像。

图6

傅里叶光场控制软件凭借在傅里叶域（FD）中见证4D光场，成相工作方案主耍凭借二者的方法对LFM实现调节。先是，FD控制软件同意以不对的混叠的方法都分配好入射光的室内空间和弧度内容，合理地防止根据亢余而行成的很多伪影。2，根据FD以多进行处理机系统的方法进行处理信号灯，因为可能用规范的3D点加密函数值来叙述图像文件出现，因此很大可以减少了运算费用。

3. 光场传染和显像3d模型

结合光场显微技术和傅里叶变换理论的有关知识，微型化傅里叶光场显微镜的设计是在光场显微镜的基础上引入一个新的光学透镜，这一透镜放置的位置应远离像平面NIP处，同时应放置在主透镜和微透镜阵列之前；根据微型化的实际需要，本次选用的物镜系统是折射率呈梯度变化的自聚焦透镜GRINlens。由此可以初步得出微型化傅里叶光学系统的主要光学结构如图7所示，这也是光场传播和成像的主要路径。

图7

4. 激光切割机的光路设汁

傅里叶光场光学体视显微镜是在提高后的100识别率光场光学体视显微镜的理论知识上，在透镜和微透镜阵列互相放进去这个新的透镜，该透镜能将光场从时域转变成成频域，产生傅里叶变幻的功效。是为了做到徽型化，物镜机系统选取GRINlens做到，实际的的激光切割机的光路基本原理图如图下图8下图。

图8

5. 厂家定制综合的结构定制

本设汁的概念的光学材料材料塑料壳是操作系统设汁傅里叶光场高倍光学高倍显微镜的徽型化而所产生的。随徽型化结合起来技術的总是发展前景，愈多愈多的学界精英组织逐渐探析将光场显微技術与徽型化技術采取结合起来，也由此可见设汁的概念出了使用于于区别激光激光切割光路的徽型化形式型号。就像文中9随时，一学界精英组织应用GRINLENS用于物镜操作系统，设汁的概念进行打了个般光学材料材料高倍光学高倍显微镜和光场高倍光学高倍显微镜的徽型化形式。经由调低各元配件的相对性地点，尽几率挤压一个徽型化塑料壳的尺寸图，在徽型化的的同时推动激光激光切割光路设汁的概念的预料技能。

图9

因为这些研究探讨成果展，只能根据所设汁的袖珍型化傅里叶光场电子光学仪器显微镜，在应有光场电子光学仪器显微镜袖珍型化金属壳体的根本上，引入一名新的凹形槽，拿来安在新引入的傅里叶透镜。紧密运用前面设汁好的各元配件的图片规格规格和对于方位，紧密运用激光切割光路期望保证 的功能键，蕞终设汁并完成任务了袖珍型化傅里叶设备的光学仪器金属壳体机构，特定图片规格及机构下图10如图。

图10

图11

6. 总结怎么写

15年来，人们一直提出实施光场显微镜（也称为全透视或整体显微镜）。光场显微镜能够记录厚样品的3D信息，而无需执行多次拍摄。通过捕获不同的视角并使用适当的算法，可以进行深度重建（关注不同的平面）并计算样品宽度和长度上可区分部分的深度图。随着该技术进一步的拓展，应用已逐渐走向大众并实现产品化，比如上海昊量光电代理的西班牙的DOIT 3D Micro相机如图11所示，DOIT®（数字光学成像技术）基于全能信息捕获的范式转变。它设计不是在图像平面附近捕获信息（传统技术可以这样做），而是在傅里叶平面中捕获信息。通过这种方式，可以直接获得正交透视，而无需任何数字处理。此外，还避免了使用小微透镜的要求，这避免了限制传统全透镜模式分辨率的波粒二象性，通过zui简单的方法让2D显微镜实现3D成像如图12所示。

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