本發(fā)明涉及成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種各向異性物質(zhì)的雙模成像方法及裝置。

背景技術(shù)：

偏振成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學成像、遙感天文成像、目標識別以及三維偏振積分成像等各個領(lǐng)域。生物組織的偏振特性會隨著其結(jié)構(gòu)功能的變化發(fā)生改變，因此可以通過偏振成像技術(shù)對生物組織的特性進行研究。傳統(tǒng)的偏振成像技術(shù)探測的是樣品的透射光強，透射光同時包含了樣品的結(jié)構(gòu)信息與空間信息，因此傳統(tǒng)偏振成像方法只能對透明的各向異性物質(zhì)(其透射系數(shù)為1)進行偏振成像，而對于具有復雜空間結(jié)構(gòu)的各向異性物質(zhì)來說，其偏振分布信息將被空間結(jié)構(gòu)信息所掩蓋，導致無法獲取樣品的純偏振分布信息，造成傳統(tǒng)偏振成像方法不再適用。傳統(tǒng)偏振成像方法最終所獲得的實際上是樣品偏振分布圖像與空間結(jié)構(gòu)圖像的混合圖像，也就是說傳統(tǒng)偏振成像方法對樣品偏振特性成像的觀察研究實際上受到了樣品空間結(jié)構(gòu)(如散射系數(shù)與吸收系數(shù))成像的干擾。另外，傳統(tǒng)偏振成像方法也只能以透射光偏振態(tài)中的某個投影作為成像物理量進行成像，并沒有實現(xiàn)完全偏振態(tài)成像，不夠直觀和全面。

此外，傳統(tǒng)的偏振成像裝置大多結(jié)構(gòu)復雜，測量速度慢，操作不夠方便，且成像效果較差，無法滿足各向異性物質(zhì)偏振成像的高要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的第一目的在于：提供一種適用性廣、干擾小、直觀和全面的，各向異性物質(zhì)的雙模成像方法。

本發(fā)明的第二目的在于：提供一種結(jié)構(gòu)簡單、測量速度快、操作方便和成像效果好的，各向異性物質(zhì)的投射式雙模成像裝置。

本發(fā)明的第三目的在于：提供一種結(jié)構(gòu)簡單、測量速度快、操作方便和成像效果好的，各向異性物質(zhì)的反射式雙模成像裝置。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種各向異性物質(zhì)的雙模成像方法，包括以下步驟：

對各向異性物質(zhì)進行偏振-共焦顯微掃描成像，獲取原始圖像；

采用改進的斯托克斯參量測量法對原始圖像進行雙模成像處理，以分離出各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像與空間結(jié)構(gòu)分布圖像，所述改進的斯托克斯參量測量法將描述偏振態(tài)的斯托克斯參量轉(zhuǎn)換為rgb三基色并計算出相應(yīng)的色度值作為偏振色度值，然后根據(jù)偏振色度值從原始圖像提取出各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像。

進一步，所述對各向異性物質(zhì)進行偏振-共焦顯微掃描成像，獲取原始圖像這一步驟，其包括：

結(jié)合偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)的掃描平臺，對各向異性物質(zhì)進行x方向與y方向的二維平面掃描，得到各向異性物質(zhì)的單層二維原始圖像；

結(jié)合偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)的掃描平臺，對各向異性物質(zhì)在z方向進行逐層掃描，得到各向異性物質(zhì)的z方向圖像；

將各向異性物質(zhì)的單層二維原始圖像和z方向圖像進行逐層融合處理，得到各向異性物質(zhì)的三維重構(gòu)圖像。

進一步，所述采用改進的斯托克斯參量測量法對原始圖像進行雙模成像處理，以分離出各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像與空間結(jié)構(gòu)分布圖像這一步驟，其包括：

確定改進的斯托克斯參量測量法中描述偏振態(tài)的斯托克斯參數(shù)；

將描述偏振態(tài)的斯托克斯參量轉(zhuǎn)換為rgb三基色并計算出相應(yīng)的色度值作為偏振色度值；

根據(jù)偏振色度值從原始圖像提取出各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像；

將各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像從原始圖像中去除，得到各向異性物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)分布圖像。

進一步，所述描述偏振態(tài)的斯托克斯參數(shù)對應(yīng)的斯托克斯矢量表達式為：

其中，s為經(jīng)過偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)的偏振片時偏振光對應(yīng)的斯托克斯矢量，s為偏振光經(jīng)過各向異性物質(zhì)時對應(yīng)的斯托克斯矢量，s0、s1、s2和s3分別為s對應(yīng)的4個斯托克斯參數(shù)，s0、s1、s2和s3分別為s對應(yīng)的4個斯托克斯參數(shù)，i0°、i90°、i+45°、i-45°、ir和il分別表示經(jīng)過偏振片后的光波的x偏振分量、y偏振分量、45°方向偏振分量、-45°方向偏振分量、右旋偏振分量和左旋偏振分量的光強值，a為偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)儀器矩陣，a^-1為系統(tǒng)儀器矩陣a的逆矩陣，i為偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)4路探測器的光強矩陣，i0、i1、i2和i3分別為4路探測器探測的光強值。

進一步，所述將描述偏振態(tài)的斯托克斯參量轉(zhuǎn)換為rgb三基色并計算出相應(yīng)的色度值作為偏振色度值這一步驟，其包括：

將描述偏振態(tài)的斯托克斯參量轉(zhuǎn)換為rgb三基色，所述rgb三基色的計算公式為：

其中，s0'(x,y)、s1'(x,y)、s2'(x,y)和s3'(x,y)為各向異性物質(zhì)入射光的斯托克斯參數(shù)，s0"(x,y)、s1"(x,y)、s2"(x,y)和s3"(x,y)為各向異性物質(zhì)透射光或反射光的斯托克斯參數(shù)，g(x,y)為各向異性物質(zhì)的投射系數(shù)或反射系數(shù)，r(x,y)、g(x,y)和b(x,y)分別為rgb三基色的紅色、綠色和藍色分量；

將各向異性物質(zhì)透射光或反射光的斯托克斯參數(shù)值分為256個灰階，然后根據(jù)rgb三基色計算出相應(yīng)的色度值作為偏振色度值。

進一步，所述根據(jù)偏振色度值從原始圖像提取出各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像這一步驟，其具體為：

根據(jù)偏振色度值從單層二維原始圖像中提取出各向異性物質(zhì)的二維偏振特性分布圖像，然后結(jié)合z方向圖像得到各向異性物質(zhì)的三維偏振特性分布圖像。

本發(fā)明所采取的第二技術(shù)方案是：

一種各向異性物質(zhì)的雙模成像裝置，包括光源、位移掃描平臺和計算機處理部件，所述光源的右側(cè)自左往右依次設(shè)有偏振發(fā)生器組件、顯微物鏡、樣品架、樣品、第一凸透鏡、分束組合部件、偏振分析器件、第二凸透鏡和探測器，所述樣品固定在樣品架的右側(cè)，所述位移掃描平臺與樣品架連接并位于樣品架的上方，所述位移掃描平臺還與計算機處理部件連接，所述計算機處理部件還與探測器連接。

進一步，所述探測器采用ccd相機。

本發(fā)明所采取的第三技術(shù)方案是：

一種各向異性物質(zhì)的雙模成像裝置，包括光源、偏振發(fā)生器組件、半透半反鏡、位移掃描平臺和計算機處理部件，所述偏振發(fā)生器組件位于光源的正上方，所述半透半反鏡位于偏振發(fā)生器組件的正上方，所述半透半反鏡的左側(cè)自右往左依次設(shè)有顯微物鏡、樣品和樣品架，所述半透半反鏡的右側(cè)自左往右依次設(shè)有分束組合部件、偏振分析器件、第二凸透鏡和探測器，所述樣品固定在樣品架的右側(cè)，所述位移掃描平臺與樣品架連接并位于樣品架的上方，所述位移掃描平臺還與計算機處理部件連接，所述計算機處理部件還與探測器連接。

進一步，所述探測器采用ccd相機。

本發(fā)明的方法的有益效果是：采用了改進的斯托克斯參量測量法對原始圖像進行雙模成像處理，改進的斯托克斯參量測量法將描述偏振態(tài)的斯托克斯參量轉(zhuǎn)換為rgb三基色，然后根據(jù)偏振色度值從偏振分布圖像與空間結(jié)構(gòu)圖像的混合圖像中提取出偏振特性分布圖像，在樣品為各向異性物質(zhì)時仍能獲得樣品的純偏振分布信息，適用性更廣；改進的斯托克斯參量測量法通過偏振色度值消除了物體空間結(jié)構(gòu)對透射光強的調(diào)制，實現(xiàn)了偏振信息和空間結(jié)構(gòu)信息的完全分離，干擾更??；基于偏振色度值，以偏振態(tài)作為成像物理量，不再以透射光偏振態(tài)中的某個投影作為成像物理量，更加直觀且全面地反映了樣品的完全偏振特性分布。

本發(fā)明的投射式雙模成像裝置的有益效果是：包括光源、位移掃描平臺、計算機處理部件、偏振發(fā)生器組件、顯微物鏡、樣品架、樣品、第一凸透鏡、分束組合部件、偏振分析器件、第二凸透鏡和探測器，通過投射式結(jié)構(gòu)光路實現(xiàn)了各向異性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)成像與偏振特性成像雙模成像，結(jié)構(gòu)簡單、測量速度快、操作方便和成像效果好，滿足了各向異性物質(zhì)偏振成像的高要求。

本發(fā)明的反射式雙模成像裝置的有益效果是：包括光源、位移掃描平臺、計算機處理部件、偏振發(fā)生器組件、顯微物鏡、樣品架、樣品、半透半反鏡、分束組合部件、偏振分析器件、第二凸透鏡和探測器，通過反射式結(jié)構(gòu)光路實現(xiàn)了各向異性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)成像與偏振特性成像雙模成像，結(jié)構(gòu)簡單、測量速度快、操作方便和成像效果好，滿足了各向異性物質(zhì)偏振成像的高要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種各向異性物質(zhì)的雙模成像方法的整體流程圖；

圖2為本發(fā)明一種各向異性物質(zhì)的雙模成像裝置的第一實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一種各向異性物質(zhì)的雙模成像裝置的第二實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為采用本發(fā)明的方法及裝置對洋蔥細胞進行動態(tài)監(jiān)測的過程圖像。

具體實施方式

參照圖1，一種各向異性物質(zhì)的雙模成像方法，包括以下步驟：

對各向異性物質(zhì)進行偏振-共焦顯微掃描成像，獲取原始圖像；

采用改進的斯托克斯參量測量法對原始圖像進行雙模成像處理，以分離出各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像與空間結(jié)構(gòu)分布圖像，所述改進的斯托克斯參量測量法將描述偏振態(tài)的斯托克斯參量轉(zhuǎn)換為rgb三基色并計算出相應(yīng)的色度值作為偏振色度值，然后根據(jù)偏振色度值從原始圖像提取出各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述對各向異性物質(zhì)進行偏振-共焦顯微掃描成像，獲取原始圖像這一步驟，其包括：

結(jié)合偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)的掃描平臺，對各向異性物質(zhì)進行x方向與y方向的二維平面掃描，得到各向異性物質(zhì)的單層二維原始圖像；

結(jié)合偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)的掃描平臺，對各向異性物質(zhì)在z方向進行逐層掃描，得到各向異性物質(zhì)的z方向圖像；

將各向異性物質(zhì)的單層二維原始圖像和z方向圖像進行逐層融合處理，得到各向異性物質(zhì)的三維重構(gòu)圖像。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述采用改進的斯托克斯參量測量法對原始圖像進行雙模成像處理，以分離出各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像與空間結(jié)構(gòu)分布圖像這一步驟，其包括：

確定改進的斯托克斯參量測量法中描述偏振態(tài)的斯托克斯參數(shù)；

將描述偏振態(tài)的斯托克斯參量轉(zhuǎn)換為rgb三基色并計算出相應(yīng)的色度值作為偏振色度值；

根據(jù)偏振色度值從原始圖像提取出各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像；

將各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像從原始圖像中去除，得到各向異性物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)分布圖像。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述描述偏振態(tài)的斯托克斯參數(shù)對應(yīng)的斯托克斯矢量表達式為：

其中，s為經(jīng)過偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)的偏振片時偏振光對應(yīng)的斯托克斯矢量，s為偏振光經(jīng)過各向異性物質(zhì)時對應(yīng)的斯托克斯矢量，s0、s1、s2和s3分別為s對應(yīng)的4個斯托克斯參數(shù)，s0、s1、s2和s3分別為s對應(yīng)的4個斯托克斯參數(shù)，i0°、i90°、i+45°、i-45°、ir和il分別表示經(jīng)過偏振片后的光波的x偏振分量、y偏振分量、45°方向偏振分量、-45°方向偏振分量、右旋偏振分量和左旋偏振分量的光強值，a為偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)儀器矩陣，a^-1為系統(tǒng)儀器矩陣a的逆矩陣，i為偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)4路探測器的光強矩陣，i0、i1、i2和i3分別為4路探測器探測的光強值。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述將描述偏振態(tài)的斯托克斯參量轉(zhuǎn)換為rgb三基色并計算出相應(yīng)的色度值作為偏振色度值這一步驟，其包括：

將描述偏振態(tài)的斯托克斯參量轉(zhuǎn)換為rgb三基色，所述rgb三基色的計算公式為：

其中，s0'(x,y)、s1'(x,y)、s2'(x,y)和s3'(x,y)為各向異性物質(zhì)入射光的斯托克斯參數(shù)，s0"(x,y)、s1"(x,y)、s2"(x,y)和s3"(x,y)為各向異性物質(zhì)透射光或反射光的斯托克斯參數(shù)，g(x,y)為各向異性物質(zhì)的投射系數(shù)或反射系數(shù)，r(x,y)、g(x,y)和b(x,y)分別為rgb三基色的紅色、綠色和藍色分量；

將各向異性物質(zhì)透射光或反射光的斯托克斯參數(shù)值分為256個灰階，然后根據(jù)rgb三基色計算出相應(yīng)的色度值作為偏振色度值。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述根據(jù)偏振色度值從原始圖像提取出各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像這一步驟，其具體為：

根據(jù)偏振色度值從單層二維原始圖像中提取出各向異性物質(zhì)的二維偏振特性分布圖像，然后結(jié)合z方向圖像得到各向異性物質(zhì)的三維偏振特性分布圖像。

參照圖2，一種各向異性物質(zhì)的雙模成像裝置，包括光源、位移掃描平臺和計算機處理部件，所述光源的右側(cè)自左往右依次設(shè)有偏振發(fā)生器組件、顯微物鏡、樣品架、樣品、第一凸透鏡、分束組合部件、偏振分析器件、第二凸透鏡和探測器，所述樣品固定在樣品架的右側(cè)，所述位移掃描平臺與樣品架連接并位于樣品架的上方，所述位移掃描平臺還與計算機處理部件連接，所述計算機處理部件還與探測器連接。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述探測器采用ccd相機。

參照圖3，一種各向異性物質(zhì)的雙模成像裝置，包括光源、偏振發(fā)生器組件、半透半反鏡、位移掃描平臺和計算機處理部件，所述偏振發(fā)生器組件位于光源的正上方，所述半透半反鏡位于偏振發(fā)生器組件的正上方，所述半透半反鏡的左側(cè)自右往左依次設(shè)有顯微物鏡、樣品和樣品架，所述半透半反鏡的右側(cè)自左往右依次設(shè)有分束組合部件、偏振分析器件、第二凸透鏡和探測器，所述樣品固定在樣品架的右側(cè)，所述位移掃描平臺與樣品架連接并位于樣品架的上方，所述位移掃描平臺還與計算機處理部件連接，所述計算機處理部件還與探測器連接。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述探測器采用ccd相機。

下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步解釋和說明。

實施例一

為了消除物體的空間結(jié)構(gòu)信息對光強的調(diào)制，獲得具有復雜空間結(jié)構(gòu)的各向異性物質(zhì)的全部偏振結(jié)構(gòu)信息，本發(fā)明提出一種新的成像方法，該方法基于改進的斯托克斯參量測量法，以光的偏振態(tài)作為成像物理量進行偏振成像，消除了物體空間結(jié)構(gòu)對透射光強的調(diào)制，可獲得成像物體的全部偏振信息，更加直觀且全面地反映樣品偏振特性分布，優(yōu)化了傳統(tǒng)偏振成像方法的不足，實現(xiàn)了各向異性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)成像與偏振特性成像雙模成像；并結(jié)合共焦掃描成像技術(shù)，提出了可實現(xiàn)細胞水平的偏振態(tài)顯微成像研究的方法。

本發(fā)明的雙模顯微成像方法，包括以下步驟：

第一步，對各向異性物質(zhì)進行偏振-共焦顯微掃描成像，獲取原始圖像數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的偏振-共焦顯微方法，結(jié)合共焦顯微掃描系統(tǒng)，對樣品進行x-y平面二維掃描后經(jīng)處理得到樣品的單平面二維雙模成像；結(jié)合z方向逐層掃描，再經(jīng)過圖像融合處理獲得樣品的三維重構(gòu)圖像，再經(jīng)進一步處理即可得到樣品的三維空間上的偏振態(tài)分布與結(jié)構(gòu)分布圖像。

第二步，對原始圖像數(shù)據(jù)進行雙模成像處理，獲取各向異性物質(zhì)的偏振特性分布與空間結(jié)構(gòu)分布成像。本發(fā)明引入了新的成像物理量-偏振色度值來表征物體偏振態(tài)分布，消除了物體空間結(jié)構(gòu)分布的影響，可獲取物體的全部偏振特性。本發(fā)明定義的斯托克斯矢量的表達式如下：

其中，s為經(jīng)過偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)的偏振片時偏振光對應(yīng)的斯托克斯矢量，s為偏振光經(jīng)過各向異性物質(zhì)時對應(yīng)的斯托克斯矢量，s0、s1、s2和s3分別為s對應(yīng)的4個斯托克斯參數(shù)，s0、s1、s2和s3分別為s對應(yīng)的4個斯托克斯參數(shù)，i0°、i90°、i+45°、i-45°、ir和il分別表示經(jīng)過偏振片后的光波的x偏振分量、y偏振分量、45°方向偏振分量、-45°方向偏振分量、右旋偏振分量和左旋偏振分量的光強值，a為偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)儀器矩陣，a^-1為系統(tǒng)儀器矩陣a的逆矩陣，i為偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)4路探測器的光強矩陣，i0、i1、i2和i3分別為i中4路探測器探測的光強值。由式(1)可知，與經(jīng)過偏振片時偏振光對應(yīng)的斯托克斯矢量s相對應(yīng)，s0表示經(jīng)過偏振片后的光波的x偏振分量和y偏振分量的總光強，即共焦顯微掃描系統(tǒng)單次二維掃描時偏振光的總光強；s1表示經(jīng)過偏振片后的光波的x偏振分量和y偏振分量的光強之差；s2表示經(jīng)過偏振片后的光波的45°方向偏振分量和-45°方向偏振分量的光強之差，s3表示經(jīng)過偏振片后的光波的右旋偏振分量和左旋偏振分量的光強之差。同理，與偏振光經(jīng)過各向異性物質(zhì)時對應(yīng)的斯托克斯矢量相對應(yīng)，s0表示經(jīng)過各向異性物質(zhì)時光波的x偏振分量和y偏振分量的總光強，即共焦顯微掃描系統(tǒng)單次二維掃描時的總光強；s1表示經(jīng)過各向異性物質(zhì)時光波的x偏振分量和y偏振分量的光強之差；s2表示經(jīng)過各向異性物質(zhì)時光波的45°方向偏振分量和-45°方向偏振分量的光強之差，s3表示經(jīng)過各向異性物質(zhì)時光波的右旋偏振分量和左旋偏振分量的光強之差。

由式(1)可得，本發(fā)明偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)的光路可分別提取光束的斯托克斯矢量信息。單次二維掃描時可由四路探測器(其位于偏振-共焦顯微掃描系統(tǒng)樣品投射或反射光線的出射光路上，如圖2和3的探測器11所示)同步獲取的數(shù)據(jù)，然后進行進一步處理得到樣品同一位置的透射光或反射光的s0"(x,y)、s1"(x,y)、s2"(x,y)和s3"(x,y)四個信息的分布圖像，其中，s0"(x,y)由定義得知表示光波的總光強，因此s0"(x,y)的分布圖像即樣品空間結(jié)構(gòu)的分布圖像；通過計算機處理部件進行進一步的處理，利用偏振色度值原理將原始數(shù)據(jù)消除其空間結(jié)構(gòu)的影響后獲得樣品的偏振態(tài)分布圖像。進行兩次處理后再結(jié)合z方向圖像，最終可得到樣品的空間結(jié)構(gòu)分布圖像與偏振態(tài)分布圖像，實現(xiàn)雙模成像。

本發(fā)明的偏振色度值將描述偏振態(tài)的三個斯托克斯矢量轉(zhuǎn)換為rgb三基色，旨在去除物體空間結(jié)構(gòu)對出射光斯托克斯參量的調(diào)制，實現(xiàn)物體的偏振成像與結(jié)構(gòu)成像雙模成像。

本發(fā)明將描述偏振態(tài)的斯托克斯參量轉(zhuǎn)換為rgb三色，定義三基色為：

其中，s0'(x,y)、s1'(x,y)、s2'(x,y)和s3'(x,y)表示入射光的斯托克斯參數(shù)，s0"(x,y)、s1"(x,y)、s2"(x,y)和s3"(x,y)表示透射光或反射光的斯托克斯參數(shù)，g(x,y)為樣品的投射系數(shù)或反射系數(shù)，其由具體的光路系統(tǒng)決定。由(2)式可知，本發(fā)明獲取的樣品偏振信息消除了空間結(jié)構(gòu)分布g(x,y)的影響，從而可以僅獲得具有復雜空間結(jié)構(gòu)的各向異性物質(zhì)的偏振特性分布圖像。而斯托克斯參數(shù)的取值在[-1,1]之間，把每個參數(shù)值分為256個灰階可得到相應(yīng)的色度值，這些色度值被定義為偏振色度值。偏振色度值已消除了空間結(jié)構(gòu)分布影響，完全表征了偏振態(tài)，且偏振色度值與像素點是一一對應(yīng)的，因而可以通過偏振色度值的空間分布直觀和全面地表征偏振態(tài)的空間分布，獲得各向異性物體的完全偏振特性圖像，并結(jié)合共焦掃描技術(shù)，最終得到細胞水平的偏振雙模顯微成像。

本實施例的方法具有以下的優(yōu)點：

(1)可利用偏振色度值的空間分布來更加直觀且全面表征物體偏振特性的分布，提供樣品更豐富的信息，改善優(yōu)化了傳統(tǒng)偏振成像方法的不足。

(2)可將樣品的偏振信息與空間結(jié)構(gòu)信息完全分離，同時獲取樣品的偏振態(tài)分布成像與空間結(jié)構(gòu)成像結(jié)果，實現(xiàn)了雙模成像。

(3)可利用偏振雙模成像法進行樣品的應(yīng)力分布測量等材料特性研究，比傳統(tǒng)應(yīng)力分布成像法等方法具有更豐富的信息，在研究各向異性樣品時具有獨特的研究優(yōu)勢。

(4)可以有效結(jié)合共焦掃描技術(shù)，對樣品進行細胞水平的偏振態(tài)成像，實現(xiàn)了高分辨率偏振特性的可視化雙模成像。

實施例二

參照圖2，本發(fā)明的第二實施例：

為配合本發(fā)明的雙模成像方法，本實施例提出了一種各向異性物質(zhì)的投射式雙模成像裝置。如圖2所示，該投射式雙模成像裝置包括光源1、偏振發(fā)生器組件2、顯微物鏡3、樣品架4、樣品5、第一凸透鏡61、分束組合部件7、偏振分析器件8、第二凸透鏡9、位移掃描平臺10、探測器11和計算機處理部件12。其中，光源1可采用激光器。樣品5固定于樣品架4上。第一凸透鏡61為一般凸透鏡。分束組合部件7為與偏振無關(guān)的部件。第二凸透鏡9為大凸透鏡。探測器11可采用ccd相機。

本實施例光源1發(fā)出的光束經(jīng)過掃描共焦系統(tǒng)的偏振發(fā)生器組件2后進入顯微物鏡3聚焦到樣品5的表面，使物點與探測點滿足共軛關(guān)系；接著，使樣品5的透射光通過第一凸透鏡61，以平行光的方式通過分束組合部件7和偏振元件(包括偏振分析器件8和第二凸透鏡9)后聚焦到相應(yīng)的探測器11上，實現(xiàn)物點斯托克斯參量的共焦測量。

本實施例投射式雙模成像裝置的具體光路及工作過程如下：

光源1發(fā)出光經(jīng)過偏振發(fā)生器組件2和顯微物鏡3后，聚焦并通過固定于樣品架4上的樣品5，然后經(jīng)過第一凸透鏡61后，形成出射的待測偏振光束。出射的待測偏振光束經(jīng)過分束組合器件7后被分成光強相等的四束光，這四束光同時經(jīng)過偏振分析器件8和第二凸透鏡9后，到達探測器11，由探測器11采集后形成圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)保存到計算機處理部件12中進行圖像處理與重建。同時，計算機處理部件12同步控制位移掃描平臺10進行掃描，以獲取樣品的空間結(jié)構(gòu)與偏振態(tài)雙模圖像。

本實施例裝置的光路調(diào)節(jié)與測量過程為：首先裝上激光光源1(波長λ＝623.8nm、功率p＝2mw)，借助兩個等高的光闌進行調(diào)節(jié)，使激光光源1發(fā)出的光束與光學平面或者光具座平行，然后按照圖2搭建好偏振系統(tǒng)(其中，偏振分析器件8中的第一路到第四路的偏振片光軸方向分別為0°、45°、90°、135°，第四路中放置的λ/4波片的軸與第四路偏振片的方位角成45°)；接著，進行定標實驗確保偏振系統(tǒng)的準確性，然后加入共焦掃描系統(tǒng)，共焦掃描系統(tǒng)由聚焦光學元件(包括偏振發(fā)生器2，顯微物鏡3，第一凸透鏡61)、掃描系統(tǒng)(包括樣品架4，二維或三維掃描平臺10)和計算機處理部件12組成。此外，共焦掃描系統(tǒng)還可根據(jù)實際需進行相應(yīng)的調(diào)整。

本實施例的投射式雙模成像裝置測量速度快、操作方便、成像效果好、獲得的信息豐富并且容易實現(xiàn)自動化控制。

實施例三

參照圖3，本發(fā)明的第三實施例：

為配合本發(fā)明的雙模成像方法，本實施例提出了一種各向異性物質(zhì)的反射式雙模成像裝置。如圖3所示，該投射式雙模成像裝置包括光源1、偏振發(fā)生器組件2、顯微物鏡3、樣品架4、樣品5、半透半反鏡62、分束組合部件7、偏振分析器件8、第二凸透鏡9、位移掃描平臺10、探測器11和計算機處理部件12。其中，光源1可采用激光器。樣品5固定于樣品架4上。半透半反鏡62，既可以將偏振發(fā)生器組件2的偏振光反射給顯微物鏡3，又可將顯微物鏡3經(jīng)樣品5反射后的偏振光透射給分束組合部件7。分束組合部件7為與偏振無關(guān)的部件。第二凸透鏡9為大凸透鏡。探測器11可采用ccd相機。

本實施例光源1發(fā)出的光束經(jīng)過掃描共焦系統(tǒng)的偏振發(fā)生器2和半透半反鏡62反射后進入顯微物鏡3聚焦到樣品5的表面，使物點與探測點滿足共軛關(guān)系；接著，樣品5的反射光經(jīng)過顯微物鏡3后透過半透半反鏡62，以平行光的方式通過分束組合部件7和偏振元件(包括偏振分析器件8和第二凸透鏡9)后聚焦到相應(yīng)的探測器11上，實現(xiàn)物點斯托克斯參量的共焦測量。

本實施例投射式雙模成像裝置的具體光路及工作過程如下：

光源1發(fā)出光經(jīng)過偏振發(fā)生器組件2和半透半反鏡62反射后進入顯微物鏡3，由顯微物鏡3聚焦并經(jīng)固定于樣品架4上的樣品5反射。而樣品5的反射光則經(jīng)過顯微物鏡3和半透半反鏡62后，形成出射的待測偏振光束。出射的待測偏振光束經(jīng)過分束組合器件7后被分成光強相等的四束光，這四束光同時經(jīng)過偏振分析器件8和第二凸透鏡9后，到達探測器11，由探測器11采集后形成圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)保存到計算機處理部件12中進行圖像處理與重建。同時，計算機處理部件12同步控制位移掃描平臺10進行掃描，以獲取樣品的空間結(jié)構(gòu)與偏振態(tài)雙模圖像。

本實施例裝置的光路調(diào)節(jié)與測量過程為：首先裝上激光光源1(波長λ＝623.8nm、功率p＝2mw)，借助兩個等高的光闌進行調(diào)節(jié)，使激光光源1發(fā)出的光束與光學平面或者光具座平行，然后按照圖3搭建好偏振系統(tǒng)(其中，偏振分析器件8中的第一路到第四路的偏振片光軸方向分別為0°、45°、90°、135°，第四路中放置的λ/4波片的軸與第四路偏振片的方位角成45°)；接著，進行定標實驗確保偏振系統(tǒng)的準確性，然后加入共焦掃描系統(tǒng)，共焦掃描系統(tǒng)由聚焦光學元件(包括偏振發(fā)生器2，顯微物鏡3，半透半反鏡62)、掃描系統(tǒng)(包括樣品架4，二維或三維掃描平臺10)和計算機處理部件12組成。此外，共焦掃描系統(tǒng)還可根據(jù)實際需進行相應(yīng)的調(diào)整。

本實施例的反射式雙模成像裝置測量速度快、操作方便、成像效果好、獲得的信息豐富并且容易實現(xiàn)自動化控制。

圖4是采用本發(fā)明的方法及裝置對洋蔥細胞進行動態(tài)監(jiān)測的過程圖像。圖4中，從左往右依次為每隔兩小時監(jiān)測到的洋蔥細胞的分布圖像，第一行為洋蔥細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)分布的變化圖像，第二行為洋蔥細胞偏振態(tài)分布的變化圖像。從圖4可以觀察到洋蔥細胞活性變化過程中形態(tài)結(jié)構(gòu)與偏振態(tài)的變化，說明本發(fā)明的裝置與偏振態(tài)雙模成像方法相比于傳統(tǒng)的偏振成像法，能夠獲得樣品更加豐富的信息。

本發(fā)明提出了一種新型的偏振態(tài)雙模成像新方法及裝置，該方法可以將各向異性物體的偏振特性分布圖像與空間結(jié)構(gòu)圖像完全分離，因而可以同時獲得物體的偏振特性分布圖像和空間結(jié)構(gòu)圖像，可用于獲取具有復雜空間結(jié)構(gòu)的各向異性物質(zhì)的純偏振分布信息與空間結(jié)構(gòu)分布信息。本發(fā)明的方法首先引入一個可測量的物理量--偏振色度值來表征光的偏振態(tài)，將描述偏振態(tài)的斯托克參量轉(zhuǎn)換成rgb三基色，并在此基礎(chǔ)上提取各向異性物質(zhì)的純偏振特性分布信息，從而實現(xiàn)偏振色度值與偏振態(tài)以及像素點之間的一一對應(yīng)；然后結(jié)合偏振-共焦顯微技術(shù)對樣品進行二維成像和三維成像，獲得各向異性物體的偏振特性分布和空間結(jié)構(gòu)的混合圖像，再采用圖像分離辦法，把偏振特性分布圖像與空間結(jié)構(gòu)圖像從混合圖像中完全分離出來，從而獲得各向異性物體的雙模成像結(jié)果。該方法在具有復雜空間結(jié)構(gòu)的各向異性物體的偏振成像方面具有很大的應(yīng)用前景。

以上是對本發(fā)明的較佳實施進行了具體說明，但本發(fā)明并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。