本技術(shù)涉及成像，尤其涉及一種超景深成像方法、系統(tǒng)及系統(tǒng)的應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

1、成像技術(shù)通過一個或多個透鏡組合，從透射或反射光中獲得樣品的圖像，能夠提取樣品的信息，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是神經(jīng)生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)和生理學(xué)等，或工業(yè)檢測領(lǐng)域，如手機玻璃檢測、線路板檢測、半導(dǎo)體晶圓檢測等。然而，傳統(tǒng)成像技術(shù)通常存在景深和空間分辨率之間的權(quán)衡，只有在有限的深度范圍內(nèi)才能進行清晰的成像，尤其是在較高分辨率和較大數(shù)值孔徑的系統(tǒng)中，景深往往較小，輕微的離焦容易導(dǎo)致信息的丟失，從而產(chǎn)生模糊的圖像。

2、現(xiàn)有的解決成像景深問題的方案主要有三種，包括光學(xué)切片掃描技術(shù)、光場技術(shù)及波前編碼技術(shù)。光學(xué)切片掃描技術(shù)是指對樣品進行不同厚度的掃描，采集形成切片序列并通過計算重建出大景深的圖像，這種方法需要借助額外的機械運動，犧牲了成像時間，適合于靜態(tài)樣本的觀察，難以應(yīng)用到活體生物樣本或需要高速掃描檢測的工業(yè)檢測應(yīng)用。光場技術(shù)通過微透鏡陣列等成像器件，結(jié)合位置信息和方向信息重建圖像，僅需一次曝光即可獲得大景深圖像，但也犧牲了橫向空間分辨率，在需要高分辨率的場合難以應(yīng)用。波前編碼技術(shù)通過對系統(tǒng)出瞳處的波面相位進行調(diào)控，核心在于相位模板的設(shè)計，使光學(xué)系統(tǒng)的點擴散函數(shù)psf或調(diào)制傳遞函數(shù)mtf在焦點前后保持相同的函數(shù)形式，且在系統(tǒng)截止頻率內(nèi)的mtf沒有出現(xiàn)零點，通過將與離焦量無關(guān)的圖像和先驗?zāi)０逍畔⑦M行解卷積，從而恢復(fù)出較大景深范圍的清晰圖像。這種方法僅需一次曝光即可將景深擴大超過1個數(shù)量級，同時保持系統(tǒng)原有的橫向分辨率水平，有利于解決景深與空間分辨率之間的制約問題，具有較強的應(yīng)用優(yōu)勢。

3、在使用相位模板對光學(xué)波面進行調(diào)控時，能夠在保持空間分辨率的衍射極限不變的前提下，實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的超景深成像。常見的相位模板有三次相位模板、數(shù)型相位模板、高階型相位模板、多項式相位模板、指數(shù)型相位模板、自由形式相位模板以及正弦型相位模板等。此外，貝塞爾光束因其獨特的特性，也成為光場調(diào)控相位模板的重要選擇之一。作為一種自成像光束，貝塞爾光束具有超長焦深和自重建性。一方面，貝塞爾光束的橫向分布可用一組橫截面為同心環(huán)的貝塞爾函數(shù)描述，不同于高斯光束，其橫向分布并不隨著傳播距離發(fā)生改變。把成像光束整形成貝塞爾光束，即可實現(xiàn)景深超過常規(guī)成像景深的超景深成像。誠然，實現(xiàn)超景深成像功能的光束也并非局限于貝塞爾光束，通常在光學(xué)系統(tǒng)的psf中，只要符合z軸方向的主瓣長度比等同參數(shù)的高斯光束的主瓣長度更長的條件，同樣可以實現(xiàn)提高成像景深的效果。其中，等同參數(shù)的條件是指psf的主瓣大小相近、或最高空間頻域相近等條件。上述的能實現(xiàn)超景深成像的光束，即所謂光針，是指一種具有高深寬比特性的特殊光束,其在較長傳播距離上能量不發(fā)散,集中在光軸上傳播,且橫向尺寸保持極小的光束，例如貝塞爾光束或艾里光束等無衍射光束，或通過多焦點堆疊等方式實現(xiàn)的針形光束都歸類于此。

4、然而，所有能實現(xiàn)超景深成像的光針光束相對于高斯光束，都存在光束中心的主瓣強度較低，并有較高旁瓣強度的問題。這意味著在頻域來看，其高頻信息較弱，使得系統(tǒng)的mtf性能較差，雖然提高了景深，但卻存在成像質(zhì)量不高，圖像對比度低的問題。這種問題也是當(dāng)前波前編碼超景深方法所存在的共有問題，它會在一定程度上壓縮系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，往往需要通過不斷優(yōu)化模板形式、孔徑方式、插入位置、評價方式等來進一步提高綜合性能，而且無論通過如何優(yōu)化，也無法把因高頻對比度低而損失的所有信息挽救回來。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種超景深成像方法、系統(tǒng)及系統(tǒng)的應(yīng)用方法。

2、一方面，本技術(shù)提供一種超景深成像方法，包括：

3、通過照明光路將照明光源形成照射光針照射到待檢測物體上；

4、待檢測物體經(jīng)照射光針照射后產(chǎn)生檢測光；

5、所述檢測光經(jīng)檢測光路形成檢測光針；

6、通過共聚焦成像元件在所述檢測光針處捕獲所述檢測光；

7、通過探測器將捕獲的所述檢測光接收以獲得所述待檢測物體被照射點的圖像。

8、可選的，所述照射光針為貝塞爾光束或艾里光束，所述檢測光針為貝塞爾光束或艾里光束；所述通過照明光路將照明光源形成照射光針照射到待檢測物體上包括：

9、通過透鏡將所述照明光源準(zhǔn)直為平行光后；

10、通過依次設(shè)置的環(huán)型光闌和透鏡，或者依次設(shè)置的錐透鏡和兩個透鏡，或者依次設(shè)置的相位模板和透鏡，將所述平行光形成所述照射光針；以及，所述檢測光經(jīng)檢測光路形成檢測光針，包括：

11、所述檢測光首先通過透鏡后，通過依次設(shè)置的環(huán)型光闌和透鏡，或者錐透鏡，或者依次設(shè)置的相位模板和透鏡，形成所述檢測光針。

12、可選的，所述檢測光路為所述照明光路的逆向光路或者所述檢測光路與所述照明光路分別設(shè)置。

13、可選的，當(dāng)所述檢測光路為所述照明光路的逆向光路時，在通過透鏡將所述照明光源準(zhǔn)直為平行光之前，通過分光片將來自照明光路側(cè)面的照明光源進行反射以使其照射方向?qū)?zhǔn)待檢測物體；當(dāng)所述檢測光路與所述照明光路分別設(shè)置時，在所述檢測光首先通過透鏡后，通過分光片將所述檢測光進行反射以改變其傳播方向。

14、可選的，所述照明光源和檢測光均為寬譜光，在所述照明光路和檢測光路中分別設(shè)置分光元件，以使照明光源和檢測光發(fā)生色散以獲得按波長有序分布的光針；

15、所述共聚焦成像元件為光纖、單針孔元件、陣列針孔元件或狹縫。

16、另一方面，本技術(shù)提供了一種超景深成像系統(tǒng)，其特征在于，包括：

17、照明光路，所述照明光路將照明光源形成照射光針照射到待檢測物體上；

18、檢測光路，所述檢測光路將待檢測物體經(jīng)照射光針照射后產(chǎn)生的檢測光形成檢測光針；

19、共聚焦成像元件，用于在所述檢測光針形成處捕獲所述檢測光；

20、探測器，用于將捕獲的所述檢測光接收以獲得所述待檢測物體被照射點的圖像。

21、可選的，所述照明光路包括沿所述照明光源照射方向依次設(shè)置的第一透鏡、環(huán)型光闌和第二透鏡；或者為沿所述照明光源照射方向依次設(shè)置的第一透鏡、錐透鏡、第三透鏡和第四透鏡；或者為沿所述照明光源照射方向依次設(shè)置的第一透鏡、相位模板和第五透鏡；

22、當(dāng)所述照明光路為沿所述照明光源照射方向依次設(shè)置的第一透鏡、環(huán)型光闌和第二透鏡；或者為沿所述照明光源照射方向依次設(shè)置的第一透鏡、相位模板和第五透鏡時，所述檢測光路為所述照明光路的逆向光路；

23、當(dāng)所述照明光路為沿所述照明光源照射方向依次設(shè)置的第一透鏡、環(huán)型光闌和第二透鏡時，

24、所述檢測光路包括依次設(shè)置在所述檢測光傳播方向上的所述第二透鏡、分光片及錐透鏡；

25、或者所述檢測光路包括依次設(shè)置在所述檢測光傳播方向上的所述第二透鏡、分光片、相位模板和第六透鏡；

26、當(dāng)所述照明光路為沿所述照明光照射方向依次設(shè)置的第一透鏡、錐透鏡、第三透鏡和第四透鏡時，

27、所述檢測光路包括依次設(shè)置在所述檢測光傳播方向上的所述第四透鏡、分光片和錐透鏡；

28、或者所述檢測光路包括依次設(shè)置在所述檢測光傳播方向上的所述第四透鏡、分光片、環(huán)型光闌和第七透鏡；

29、或者所述檢測光路包括依次設(shè)置在所述檢測光傳播方向上的所述第四透鏡、分光片、相位模板及第八透鏡；

30、當(dāng)所述照明光路為沿所述照明光源照射方向依次設(shè)置的第一透鏡、相位模板和第五透鏡時，

31、所述檢測光路包括依次設(shè)置在所述檢測光傳播方向上的所述第五透鏡、分光片和錐透鏡；

32、或者所述檢測光路包括依次設(shè)置在所述檢測光傳播方向上的所述第五透鏡、分光片、環(huán)型光闌和第九透鏡；

33、其中，分光片將所述檢測光反射以改變所述檢測光的傳播方向；檢測光路中的錐透鏡使所述檢測光形成貝塞爾光束；檢測光路中的相位模板和第六透鏡使所述檢測光形成艾里光束；檢測光路中的環(huán)型光闌和第七透鏡使所述檢測光形成貝塞爾光束；檢測光路中的相位模板和第八透鏡使所述檢測光形成艾里光束。

34、可選的，所述照明光源和檢測光均為寬譜光，對于所述照明光路，在其環(huán)型光闌的后方設(shè)置分光元件，或者在其錐透鏡的后方設(shè)置分光元件，或者在其相位模板的后方設(shè)置分光元件；以及在檢測光通過共聚焦成像元件后的路徑上，依次設(shè)置第十透鏡、分光元件、第十一透鏡以及探測器。

35、又一方面，本技術(shù)提供一種超景深成像系統(tǒng)的應(yīng)用方法，利用如上任一所述的超景深成像系統(tǒng)對待檢測樣品表面進行線掃、條紋結(jié)構(gòu)光成像或者點陣結(jié)構(gòu)光成像以獲得所述待檢測樣品表面的三維成像數(shù)據(jù)，其中，照明光源采用寬譜光源以一定的入射角度照射到所述待檢測樣品表面。

36、又一方面，本技術(shù)提供一種超景深成像系統(tǒng)的應(yīng)用方法，利用如上任一所述的超景深成像系統(tǒng)以多個設(shè)定位置或角度分別對待檢測樣品進行三維成像，或者利用兩個或多個如上任一所述的超景深成像系統(tǒng)同時分別在不同的設(shè)定位置或角度對待檢測樣品進行三維成像，根據(jù)由不同設(shè)定位置或角度的成像系統(tǒng)獲取到的三維成像數(shù)據(jù)間的像素差確定所述待檢測樣品的三維超景深的深度成像數(shù)據(jù)。

37、為使本技術(shù)的特征和優(yōu)點更明顯易懂，下文特舉一些實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。