專利名稱：具有小透鏡陣列的光場顯微鏡的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及顯微術(shù)，并且尤其涉及三維光場顯微術(shù)。
背景技術(shù)：
圖1示出了可以用于實時三維(3D)顯微術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)光場顯 微鏡。該光場顯微鏡基于傳統(tǒng)顯微鏡，通過在傳感器(例如，電荷 耦合設備(CCD))之前約2.5毫米處，在中間圖像平面120處插入 包含數(shù)萬或數(shù)十萬微透鏡的微透鏡陣列110對該傳統(tǒng)顯微鏡進行修 改。該微透鏡陣列對廣場進行變換(transpose),從而例如產(chǎn)生了物 鏡100的后孔的55,000小圖像的陣列。該圖像捕捉了光場的方向(角 度)信息，每個微透鏡位置對應于空間信息。這樣，將3D光場復合 到傳感器的2D表面上。
圖1的微透鏡陣列110例如可以產(chǎn)生傳感器在圖像平面120處 捕捉的55,000個角度圖像。傳感器上的每個圖像例如可以是14 x 14 像素或10xl0像素，這取決于圖像的大小和傳感器的像素間隔。圖 像中的每個像素對應于物鏡上的一個位置。因此，圖像以混合(角 度)格式記錄信息。每個角度圖像不是完整圖像，并且其本身所占 有的每個圖像是無意義的并且不是特別有用。為了從圖像恢復信息， 假設每個圖像基于x和少軸具有(圖像中像素的)坐標系統(tǒng)，例如， 10x10。從每個圖像獲取每個像素(zV)并且對其進行組合。當組合來 自于每個圖像的該組像素GV)時，其將形成一個圖像，就是該顯微鏡 看到的實像。在坐標系統(tǒng)中針對每個像素執(zhí)行該提取和組合以產(chǎn)生 一組(x,)的實像(或更小的實像，因為可能必須丟棄坐標系統(tǒng)中的 某些像素位置，例如重疊邊界中的像素)。
可以等同或類似于在傳統(tǒng)光場呈現(xiàn)、斷層攝影術(shù)以及共焦顯微術(shù)中所使用技術(shù)的計算機實現(xiàn)的軟件技術(shù)可以用于處理捕捉的圖
像。該軟件可以生成3D視圖并且可以提取關于所觀察樣本130的其他3D信息。
傳統(tǒng)顯微鏡通常允許用戶通過旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)輪從多個物鏡100中進行選擇。圖1中示出了的光場顯微鏡可以通過由匹配物鏡100的焦比(F/number)的微透鏡陣列110填充的第二轉(zhuǎn)輪實現(xiàn)。該附加的機械部分為顯微鏡及其操作增加了相當?shù)膹碗s度。此外，微透鏡陣列U0可能需要定位在例如距離傳感器2.5mm,同時具有關于平行于圖像平面120的位移的好于0.1 mm的精度。利用上述精度并且以魯棒的方式從一個微透鏡陣列110切換到另一個由于機械問題是極端困難的，并且增加了第二轉(zhuǎn)輪的成本。
每個微透鏡陣列IIO可以包括例如50,000到100,000個微透鏡，其中每個微透鏡具有例如125微米的直徑。此類微透鏡陣列是昂貴的并且難以制造。此外，考慮到所使用的微透鏡的大小和數(shù)量，對像差的校正將極端困難。
每個微圖像捕捉了物鏡的圓形孔徑，并且包含具有不確定像素值并且因此可能不得不丟棄的、在孔的邊緣處被部分照亮的像素。此外，相鄰的微圖像可以重疊一個或兩個像素，并且可能不得不丟棄重疊的像素。此外，可以在傳感器上存在很多未被微透鏡照亮的未使用的像素。因此，可能浪費傳感器像素的50%或更多。
每個微透鏡都非常小。例如，微透鏡陣列可以生成100,000個圖像，每個圖像在傳感器上占用10xlO像素網(wǎng)格。針對上述的至少一個原因，圖像處理軟件可能必須從每個微圖像中移除2像素寬的邊界或分界。因此，在10xlO圖像中，僅8x8是有用的。64個像素顯著少于100個像素。此外，圖像尺寸越小，將丟失的像素百分比越高。

發(fā)明內(nèi)容
描述了用于在物鏡處或附近集成有小透鏡陣列的、可以用于實時三維(3D)顯微術(shù)的光場顯微鏡的方法和設備的各種實施方式。實施方式可以利用可以位于物鏡后孔處或附近的并且輕微修改該物鏡的低放大率小透鏡陣列補充顯微鏡物鏡。結(jié)果是一種新型物鏡，或?qū)ΜF(xiàn)有物鏡的附加。
在實施方式中，小透鏡陣列置于物鏡處或附近。小透鏡陣列例
如可以包括9到100個生成相應數(shù)量實像的小透鏡(小型、低放大
率小透鏡)。每個小透鏡在圖像平面上產(chǎn)生實像，并且每個圖像對應于樣本的不同視點或方向。因此，集成如上所述的小透鏡陣列的
光場顯微鏡的實施方式產(chǎn)生了實像，該實像與由具有與傳感器相鄰定位的微透鏡陣列的光場顯微鏡產(chǎn)生的角圖像相對。該實像不同于具有與傳感器相鄰定位的微透鏡陣列的光場顯微鏡來捕捉角度信息。使用物鏡處或附近的小透鏡陣列，在更少數(shù)量的所捕捉實像中相關地或有差別地記錄相同的角度信息。任何兩個圖像之間的關系
記錄了圖像的角度、3D信息。
為了獲取該角度信息，可以將各種稠密對應技術(shù)中一個或多個用于建立實像上特征之間或其中的對應關系，其中實像由小透鏡陣列產(chǎn)生于傳感器上或由傳感器捕捉。在使用已知技術(shù)建立稠密對應之后，可以使用各種軟件技術(shù)中的一個或多個進一步處理圖像。
在實施方式中，小透鏡陣列可以位于物鏡后孔"之后，，。由于對于小透鏡可用的空間(由物鏡的后孔限定)通常約為10毫米(mm ),如果例如需要10 x 10的圖像，則可以使用具有約1 mm直徑的小透鏡?？梢詫⑤^大透鏡用于產(chǎn)生較小的圖像，或可以將較小的透鏡用于產(chǎn)生更多的圖像。顯微鏡物鏡通常強大(高放大率)并且因此具有短焦距/。在實施方式中，小透鏡弱(低放大率)并且因此具有長焦距F。注意，/^>/,從而小透鏡僅微擾物鏡的動作。
在小透鏡陣列中使用的透鏡大小使為了像差而校正透鏡成為可能。將小透鏡定位在物鏡處或附近避免了機構(gòu)復雜度；例如，不需要用于支持小透鏡陣列的附加的高精度轉(zhuǎn)輪。
小透鏡陣列產(chǎn)生的光場沒有被變換。具有小透鏡陣列的光場顯微鏡捕捉例如100個實像，該實像例如與位于圖像平面處的微透鏡
陣列捕捉的55,000個角圖像相對。結(jié)果，使用小透鏡陣列捕捉的每個圖像比使用位于圖像平面處的微透鏡陣列捕捉的單獨圖像更大，這意味著存在占像素總數(shù)量百分比更少的浪費的邊界像素。因此，與可以使用位于圖像平面處的微透鏡陣列的顯微鏡捕捉的圖像相比，可以將相同的傳感器用于捕捉更高分辨率的圖像，同時具有更少的像素損失。
幾乎可以將小透鏡陣列置于顯微鏡物鏡之后的任何位置。在某些實施方式中，可以將小透鏡陣列與物鏡配件集成或?qū)⑿⊥哥R陣列耦合至物鏡配件。備選地，小透鏡陣列可以位于顯微鏡配件中物鏡處或附近。在一個實施方式中，在無限校正顯微鏡中，小透鏡陣列可以位于鏡筒透鏡處或附近，或備選地，可以以小透鏡陣列替換該鏡筒透鏡。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)光場顯微鏡。
圖2示出了根據(jù)一個實施方式的在物鏡處或附近集成小透鏡陣列的光場顯微鏡。
圖3示出了根據(jù)一個實施方式的、位于示例性顯微鏡物鏡的后孔處或附近的示例性小透鏡陣列。
圖4示出了根據(jù)一個實施方式的示例性顯微鏡物鏡，其具有在物鏡的后焦平面處或附近與物鏡配件集成的小透鏡陣列。
圖5是根據(jù)一個實施方式的、具有位于物鏡的焦平面處或附近的示例性小透鏡陣列的示例性光場顯微鏡的圖示。
圖6A到圖6C示出了根據(jù)各種實施方式的小透鏡陣列的示例性配置。
圖7示出了根據(jù)一個實施方式的、在光場顯微鏡的圖像平面處可以由小透鏡陣列產(chǎn)生的以及通過傳感器捕捉的實像陣列。
圖8示出了根據(jù)一個實施方式的、使用在物鏡處或附近具有小透鏡陣列的光場顯微鏡捕捉以及處理圖像的方法。
圖9示出了可以在實施方式中使用的示例性計算機系統(tǒng)。盡管在此通過多個實施方式以及示意性附圖的方式描述了本發(fā)明，但是本領的技術(shù)人員將會理解，本發(fā)明并不限于所描述的實施方式和附圖。應當理解，附圖以及對其詳細描述并非意在將本發(fā)明
限于所公開的特定形式；相反，意圖是涵蓋處于所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)的所有修改、等效項或者備選方案。這里使用的標題是僅出于組織的目的，并非用來限制說明書或者權(quán)利要求書的范圍。貫穿本申請，詞語"可以，，是在許可的意義上(也即，表示具有某種可能)而非強制實施的意義上(也即，必須)使用。類似地，詞語"包括"表示包括但不限于。
具體實施例方式
描述了用于可以用于實時三維(3D)顯微術(shù)并且在物鏡的后孔處或附近集成了小透鏡陣列的光場顯微鏡的方法和設備的各種實施方式。顯微鏡物鏡具有非常強的放大率(并且因此具有小焦距)，特別是在高倍放大方面。針對色差和其他像差，以平面并且非常專業(yè)的不同方式，對高品質(zhì)顯微鏡物鏡進行了高度地優(yōu)化和校正。物鏡是傳統(tǒng)顯微鏡中單個最昂貴的組件。以未校正的小透鏡陣列替換物鏡可能是不可行的。因此，實施方式以低放大率小透鏡的陣列補充物鏡，其中低放大率小透鏡的陣列可以位于物鏡后孔處或附近并且輕微修改物鏡。結(jié)果是新型物鏡或?qū)ΜF(xiàn)有物鏡的附加。實施方式例如可以生成樣本的100個實像。這些圖像捕捉光場。在使用已知技術(shù)建立了稠密對應之后，可以使用各種軟件技術(shù)中的一個或多個來處理圖像。
在實施方式中，取代將微透鏡置于傳感器旁(如圖l所示的示例性光場顯微鏡那樣)的是，將小透鏡陣列置于物鏡處或附近。作為具有生成50k-100k個角圖像的50k-100k個微透鏡的替代，小透鏡陣列例如可以包括9到100個生成相應數(shù)量實像的小透鏡(小型、低放大率透鏡)。每個小透鏡都產(chǎn)生實像，并且每個圖像對應于樣本的不同視點或方向。因此，集成了如上所述的小透鏡陣列的光場顯微鏡的實施方式產(chǎn)生了與圖1中所示的光場顯微鏡所產(chǎn)生的角圖像相對的實像。這些實像捕捉角度信息，該角度信息不同于如圖1所示的使用具有與傳感器相鄰定位的微透鏡陣列的光場顯微鏡所捕捉的角圖像。使用小透鏡陣列的實施方式，在更少數(shù)量的所捕捉的實像中相關地或有差別地記錄相同的角度信息。任何兩個圖像之間
的關系記錄了圖像的角度信息、3D信息。
顯微鏡物鏡通常具有例如1毫米(mm)到10mm的小焦距/,這取決于物鏡的放大率。例如，典型60 x的物鏡具有約3 mm的焦距。通常，物鏡的放大率越高，則焦距越短。在實施方式中，小透鏡陣列位于物鏡的后孔"之后"。由于物鏡可用的空間(由物鏡的后孔直徑限定)通常約為10mm，如果例如需要10x 10的圖像，則可以使用直徑約為1 mm的小透鏡。可以將較大的透鏡用于產(chǎn)生較小的圖像，或可以將較小的透鏡用于產(chǎn)生更多的圖像。
注意，小透鏡陣列可以但不必包括足夠的小透鏡來"覆蓋"物鏡的整個后孔。由于小透鏡陣列理論上最少包括至少兩個小透鏡(實際上，小透鏡陣列通常將但不必包括至少九個小透鏡)，小透鏡的絕對最大直徑可以是后孔直徑的一半。實際上，小透鏡通常將小于后孔直徑的一半。如上所述，小透鏡的實際直徑取決于在小透鏡陣列中使用的小透鏡數(shù)量以及后孔的實際直徑。
顯微鏡物鏡通常強大(高放大率)并且因此具有短焦距/。在實施方式中，小透鏡是較弱的透鏡(低放大率透鏡)并且因此具有相對較長的焦距，在此以F表示。注意，F(xiàn)>/，并且因此小透鏡可以僅微擾原來經(jīng)過優(yōu)化的物鏡的動作。
圖2示出了根據(jù)一個實施方式的在物鏡處或附近集成小透鏡陣列的光場顯微鏡，其可以用于捕捉包括光場信息的多個實像并且因此可以用于實時三維(3D)顯微術(shù)。該光場顯微鏡具有小型透鏡或小透鏡212的陣列，在此稱為小透鏡陣列210,其可以與物鏡200集成、耦合至物鏡200、或位于物鏡200處或附近，而不是如圖1 所示的光場顯微鏡那樣位于圖像平面處或附近。在與圖l所示的、 具有包含數(shù)萬或數(shù)十萬微透鏡并且位于圖像平面處或附近的微透鏡 陣列的光場顯微鏡相比時，將小透鏡陣列210定位在物鏡200處或 附近使得各種實施方式能夠在較小規(guī)模的陣列中使用更大以及更少 (減小500倍)并更容易校正的透鏡。例如，在一個實施方式中， 可以使用10x 10小透鏡212的陣列或總數(shù)100的小透鏡212,其中 與在圖1中示出的微透鏡陣列中使用的微透鏡的約0.1 mm直徑相 比，每個小透鏡212例如具有1 mm的直徑。注意，可以在實施方式 中使用不同數(shù)量的小透鏡212以及具有更大(或更小)直徑的小透 鏡212。
在小透鏡陣列210中使用的較大透鏡使得針對像差校正透鏡更 加可行，而對于與圖1的微透鏡陣列所需的透鏡一樣小的透鏡來說， 這更困難(并且因此更昂貴)或可能甚至是不可能的。將小透鏡陣 列210定位在物鏡200處或附近還避免了圖1所示的光場顯微鏡的 機構(gòu)復雜度。例如，不需要額外的高精度轉(zhuǎn)輪來支持小透鏡陣列210。 此外，小透鏡陣列210產(chǎn)生了比圖1的微透鏡陣列更高分辨率的圖 像，并且可以針對像差校正小透鏡陣列210的小透鏡212產(chǎn)生的獨 立圖像。因此，小透鏡陣列210的實施方式可以更便宜并且可以得 到比圖1的微透鏡陣列更高品質(zhì)的光學系統(tǒng)。
圖1的微透鏡陣列110變換光場。小透鏡陣列210產(chǎn)生的光場 沒有被變換。具有小透鏡陣列210的光場顯微鏡例如捕捉100個實 像，這些實像例如與圖1的微透鏡陣列110捕捉的55,000個角圖像 相對。結(jié)果，使用小透鏡陣列210捕捉的每個圖像比使用圖1的微 透鏡陣列IIO捕捉的圖像更大，這意味著相對于像素的總數(shù)，浪費 的邊界像素的百分比更小。因此，與如圖1所示的集成微透鏡陣列 110的光場顯微鏡捕捉的圖像相比，使用集成小透鏡陣列210的光場 顯微鏡，可以將相同的傳感器用于捕捉更高分辨率的圖像，同時損 失更少的像素?？梢詫⑿⊥哥R陣列210置于物鏡200之后的幾乎任何位置。在 某些實施方式中，小透鏡陣列210可以與物鏡200配件集成或耦合 至物鏡200配件?？商鎿Q地，小透鏡陣列210可以在顯微鏡配件中 位于物鏡200處或附近(例如，在幾個毫米之內(nèi))。在一個實施方 式中，在無限校正顯微鏡中，小透鏡陣列210可以位于鏡筒透鏡處 或附近，或可替換地，可以以小透鏡陣列210替換該鏡筒透鏡。
圖3示出了根據(jù)一個實施方式的示例性物鏡(Nikon CFI60透 鏡)，并且示出了位于物鏡后孔處或附近的示例性小透鏡陣列。圖4 示出了根據(jù)一個實施方式的具有示例性小透鏡陣列210的示例性顯 微鏡物鏡，其中小透鏡陣列210在后焦平面處或附近與物鏡配件相 集成。圖4進一步示出了透鏡配件的主平面Pl和P2。諸如顯微鏡 物鏡的復合透鏡可以被看作具有以下修改的薄透鏡。存在兩個稱為 主平面的兩個平面(這里稱為P1和P2)，從而如果透鏡處于第一 主平面P1處，則計算所有進入光線，并且如果透鏡處于第二主平面 P2處，則計算所有傳出光線。
參考圖4，假設將小透鏡陣列210置于物鏡的焦平面中，則小透 鏡212中的每個通過因子m= 1 將焦距稍微減小來修改原始復合物 鏡，并且產(chǎn)生新的主平面P3，該主平面P3可能恰好位于圖4中第 二主平面P2的左側(cè)(在P2和P1之間)距離x二尸/AP處。下面描述 這些結(jié)果的差別。
圖5是根據(jù)一個實施方式的、具有位于物鏡焦平面處或附近的 示例性小透鏡陣列的示例性光場顯微鏡的圖示。示出了物鏡200的 兩個主平面P1和P2。物鏡200具有焦距/，并且小透鏡陣列210的 小透鏡212具有焦距F?？梢栽谙旅娴挠嬎阒袇⒖紙D5。
在光學中，存在兩類光場變換(1 )透鏡折射(2)傳播給定 距離?？梢酝ㄟ^相應的矩陣描述這些變換，并且可以將任何光學設 備表示為此類矩陣的積。
首先，光場的全變換矩陣M,從P2到物鏡的后焦平面。繼而， 到位于焦平面中的小透鏡的另一側(cè)，并且繼而回退距離為t，導出光
15是0)。
在焦平面放置小透鏡。光場的全變換M是透鏡(物鏡)變換(f)、
距離遷移(f)以及小透鏡變換的積。上面的矩陣形式由以下內(nèi)容給
出
_ I o一
M =
1 / 0 1
1 0
注意，最左面的矩陣對應于小透鏡，中間的矩陣對應于距離遷
移，并且最右面的矩陣對應于物鏡。獲取上面矩陣的積產(chǎn)生
M =
0 / 丄1 Z
7 —
尸
下面，計算到新主平面P3的遷移幅度(相對于P2的位移)
i f o i
-丄]-丄
/ 尸
-丄/w』'
-丄丄
注意，針對待進行合適透鏡變換的矩陣，結(jié)果矩陣中的右上元
素需要為0。換言之，需要上述結(jié)果矩陣為
-丄o — 《
為了從上面所示的結(jié)果矩陣生成合適的透鏡變換，解算下面的
等式求^:
.丄=1
其產(chǎn)生
丄一丄 廠7
注意,為負，因為T^/"(小透鏡是比物鏡弱的透鏡)。定義了新 主平面P3的從P2的總位移是^=/+"可以將Taylor級數(shù)展開用于找 到x:<formula>formula see original document page 17</formula>
其中f小(因為F遠遠大于/)，并且省略號(...)是高階修正。因
此，新主平面P3位移到P2的左側(cè)(即，在P1的方向上)。在替換 f之后的最終變換是 丄0
<formula>formula see original document page 17</formula>
其中<formula>formula see original document page 17</formula>
附<formula>formula see original document page 17</formula>
因此，變換的最終形式是(小)望遠鏡放大倍率m和透鏡的焦 距m/的組合，其中m二l-j7尺圖像將在透鏡的附近形成，這首先是 因為主平面P2左移(新主平面P3),其次是因為焦距較小。注意， 該系統(tǒng)等同于位于平面P3處的新物鏡。該系統(tǒng)包括兩個元件，并且 某種程度上類似于具有放大倍率m加上具有由上述右手矩陣所描述 的放大率的透鏡的望遠鏡。注意，該右手矩陣描述了透鏡。
該系統(tǒng)對焦距進行了小的改變，由w/表示，其中w=l-//F。注 意，m接近l,因為F遠大于/，并且因此改變相對小。例如，如果 F大于十倍/，則微擾是1/10。新透鏡(物鏡+小放大率小透鏡)像 具有經(jīng)修改性質(zhì)的物鏡那樣運作；主平面位移到P3，并且通過因子 m/改變了焦距。
注意，將上述計算應用于小透鏡陣列210中的所有小透鏡212。 還要注意，上述計算不旨在進行限制，并且可以針對位于顯微鏡配 件中其他位置處的小透鏡陣列210執(zhí)行類似計算。從光軸位移的透鏡等同于光軸上透鏡和棱鏡的光學性質(zhì)可以用
于找到小透鏡212的焦距F。由下列方程表示該性質(zhì)
其中，s表示透鏡從光軸的位移，并且棱鏡的角度由0表示。假設例 如CCD的傳感器的尺寸為35 mm x 35 mm,并且假設小透鏡陣列 210包括10 x 10個小透鏡212并且因此用于在傳感器上產(chǎn)生10 x IO個圖像，傳感器處的兩個圖像之間的距離(位移)是3.5mm。在 顯微鏡中，從物鏡到圖像平面的距離通常為160 mm。這產(chǎn)生了圖像 相對于光軸的0.022的角度
八 3.5
0 = 0.022
如果小透鏡212具有1 mm的直徑，在小透鏡陣列210中，小透 鏡彼此之間位移1 mm,并且因此^= 1 mm。注意
在上式中將s替換為1 mm并且0替換為0.022產(chǎn)生了小透鏡的 F二45mm。因此，在上述假設下的修正結(jié)果將大約由焦距F=45 mm 的小透鏡產(chǎn)生。如同所希望的，這是非常弱的透鏡。
透鏡的焦比定義為^/^/J:徑。上述透鏡具有范圍為45的焦比，
其表示非常弱并且因此是非常容易校正的透鏡，同時具有小的(并 且是可校正)的像差。常規(guī)透鏡具有約為4的焦比，并且顯微鏡物 鏡可以具有接近l的焦比，這是很難校正的。因此，小透鏡沒有引 入太多像差，如果有像差的話。
注意，將上述計算應用于小透鏡陣列210中的所有小透鏡212。 還要注意，上述計算不旨在進行限制，并且可以針對位于顯微鏡配 件中其他位置處的小透鏡陣列210和/或針對不同尺寸的小透鏡陣列 或?qū)е聢D像的不同位移的小透鏡陣列執(zhí)行類似計算。因此，可以生 成不同的焦比，但是注意，焦比將傾向于相對大，并且因此所需的 小透鏡將傾向于相對弱。注意，關于小透鏡陣列210可以置于顯微鏡中的何處，存在很 大的自由度。小透鏡陣列210的放置不受上述給出的針對位于物鏡 后焦平面處的小透鏡陣列210的示例性情況進行的計算所限制?；?本上，關于物鏡的準確位置不是很重要，只要在幾毫米的合理范圍 內(nèi)放置小透鏡陣列210。如果小透鏡陣列210移動，則顯微鏡可以僅 進行重調(diào)焦距并且系統(tǒng)將有效。再次指出無限校正顯微鏡的情況， 在該情況中，小透鏡陣列210可以位于鏡筒透鏡處或甚至可以替換 鏡筒透鏡。
圖6A到6C示出了根據(jù)各種實施方式的小透鏡陣列210的示例 性配置。在圖6A中，將示例性小透鏡陣列210A示出為10 x io 個小透鏡212的方格網(wǎng)。網(wǎng)格的每邊是10mm,因此，每個小透鏡 212具有1 mm的直徑，并且小透鏡212之間的距離(位移)是1 mm。 注意，小透鏡不必是圓形?？商鎿Q地，可以切割小透鏡或形成方形 (邊為lmm),或形成矩形、六邊形等。除圓形之外的小透鏡的其 他形狀可以允許小透鏡更緊密地填充；更緊密填充的小透鏡可以減 少光損耗量，并且近似最佳或最佳填充形狀可以幾乎或完全消除光 損耗。注意，每個小透鏡212都產(chǎn)生實像，并且每個實像對應于樣 本的不同視點或方向。圖6B示出了作為直徑為10mm的圓形小透 鏡陣列的示例性小透鏡陣列210B。每個小透鏡212的直徑是1 mm。 因此，在小透鏡陣列210B中僅存在68個小透鏡212。而且，注意， 每個小透鏡212都產(chǎn)生實像，并且每個實像對應于樣本的不同視點 或方向。圖6C示出了作為直徑為10mm的圓形小透鏡陣列的示例 性小透鏡陣列210C。每個小透鏡212的直徑是1 mm。然而，小透 鏡陣列21C中的小透鏡212比圖6B的示例性小透鏡陣列210B中的 那些小透鏡更緊密地填充在一起，在小透鏡陣列210C中比在小透鏡 陣列210B中存在更多的小透鏡212 (86)。而且，注意，每個小透 鏡212都產(chǎn)生實像，并且每個實像對應于樣本的不同^L點或方向。
注意圖6A到圖6C中示出的小透鏡陣列210是示例性的并且不 旨在限制于此。小透鏡陣列210的其他配置是可能的并且對其進行了構(gòu)思，小透鏡陣列210的其他大小和形狀是可能的并且對其進行
了構(gòu)思，并且小透鏡陣列210中的小透鏡212的其他大小、數(shù)量和 配置是可能的并且對其進行了構(gòu)思。尤其需要注意的是，在某些情 況中，小透鏡212的數(shù)量可以少于20或多于100。
圖7示出了根據(jù)一個實施方式的實像222的陣列，該實像222 的陣列可以由諸如圖6A中的示例性小透鏡陣列210A的示例性小透 鏡陣列210產(chǎn)生并且通過傳感器(諸如CCD)在圖像平面220處捕 捉。在該示例中，假設傳感器的尺寸至少為35 mm x 35 mm。假設 小透鏡陣列210包括10 x 10的小透鏡212陣列，并且將其用于在 傳感器上產(chǎn)生樣本的IOO個實像，每個具有3.5 mm的直徑。再次注 意，每個小透鏡212都產(chǎn)生實像222,并且每個實像對應于樣本的不 同視圖或方向。因此，圖像222在圖像中相關地或有差別地捕捉角 度信息。每個圖像222中的像素數(shù)量取決于傳感器的像素間隔。相 鄰圖像之間的位移是3.5 mm。
注意，傳感器可以將實像222的陣列捕捉為包括所有實像的一 個圖像。然后，可以將軟件用于區(qū)分實像222并且從實像222中的 差異提取角度信息，例如通過稠密對應技術(shù)。
注意，圖7是示例性的并且不旨在限制于此?？梢允褂貌煌?寸的傳感器，并且不同大小的小透鏡陣列210可以用于在傳感器上 產(chǎn)生不同數(shù)量和/或大小的圖像。此外，相鄰圖像之間的位移可以是 不同的，并且不必等于圖像本身的直徑(例如，在圖像之間可以存 在重疊或在圖像之間可以存在額外的空間)。
對所捕捉圖像的處理
諸如在圖7給出的示例中示出的那些所捕捉的實像可能需要預 處理以生成所需的光場信息。使用如圖l所示的微透鏡陣列生成圖 像集合，從該集合中的每個提取相應的像素并且將其合并以產(chǎn)生
"實"像。圖8示出了根據(jù)一個實施方式的，使用在物鏡處或附近 具有小透鏡陣列210的光場顯微鏡捕捉以及處理實像的方法。如500所示，在物鏡處或附近具有小透鏡陣列210的光場顯微鏡可以用于
捕捉n (例如，100)個實像(注意，所有n個實像可以被捕捉在單 個圖像中)。使用如上所述的小透鏡陣列210的實施方式，投影在 傳感器上以及由傳感器捕捉的每個圖像是樣本的實像。相同對象(樣 本)出現(xiàn)在每個實像中，但是n個實像中沒有兩個是相同的。在n 個實像中相關地或有差別地捕捉角度信息。如502所示，為了獲取 該角度信息，可以將各種稠密對應技術(shù)中的一個或多個用于在由小 透鏡陣列210投影到傳感器上的以及由傳感器捕捉的n個實像的特 征中建立對應關系，其中稠密對應技術(shù)也可以稱為圖像注冊技術(shù)。
如504所示，在執(zhí)行n個實像的稠密對應之后，可以將各種計 算機實現(xiàn)的圖像處理技術(shù)用于進一步處理經(jīng)預處理的圖像信息，其 中計算機實現(xiàn)的圖像處理技術(shù)可以以軟件、硬件或其組合實現(xiàn)并且 其可以包括與在傳統(tǒng)光場呈現(xiàn)、斷層攝影術(shù)以及共焦顯微術(shù)中使用
的技術(shù)等同或類似的技術(shù)。
包括如上所述的小透鏡陣列210的顯微鏡的實施方式可以用于 生成較少數(shù)量的較高分辨率的實像，并且繼而可以將軟件技術(shù)應用 于所捕捉的圖像以從所捕捉的圖像信息合成附加的"中間"圖像， 每個合成圖像對應于樣本的不同(合成的)視圖。例如，為了獲得 較高的空間分辨率，可以捕捉遠遠小于IOO個的圖像。通常，產(chǎn)生 高品質(zhì)3D圖像結(jié)果需要至少IOO個圖像。因此，可以使用例如稠密 對應和視圖變形技術(shù)從捕捉的圖像合成附加的圖像。例如，可以捕 捉20個實像。使用稠密對應和/或視圖變形技術(shù)、可以從那20個實 像合成附加中間圖像，例如可以合成80到1000個或更多附加圖像。 這允許通過生成足夠數(shù)量的附加合成圖像，因此，可以執(zhí)行重調(diào)焦 距、照相機運動、視圖改變等。這允許通過生成足夠數(shù)量的附加的 合成圖像，同時在傳感器上提供更好的圖像分辨率而利用較少的實 際捕捉的圖像來執(zhí)行3D成像技術(shù)。因此，可以以小的質(zhì)量損失(如 果有的話)獲得更好的圖像分辨率。
21示例性系統(tǒng)
用于捕捉和處理由如上所述的集成小透鏡陣列的光場顯微鏡
800生成的實像陣列的各種軟件實施方式(包括但不限于稠密對應軟 件)可以在一個或多個計算機系統(tǒng)上執(zhí)行，該計算機系統(tǒng)可以與各 種其他設備交互。圖9示出了一個此類計算機系統(tǒng)。在所示的實施 方式中，計算機系統(tǒng)700包括一個或多個處理器710,其通過輸入/ 輸出(I/O)接口 730耦合至系統(tǒng)存儲器720。計算機系統(tǒng)700還包 括耦合至I/0接口 730的網(wǎng)絡接口 740，以及一個或多個輸入/輸出 設備750,諸如光標控制設備760、鍵盤770、音頻設備790以及顯 示器780。在某些實施方式中，可以想到，可以使用計算機系統(tǒng)700 的單個實例來實現(xiàn)這些實施方式，而在其他實施方式中，多個此類
系統(tǒng)或者構(gòu)成計算機系統(tǒng)700的多個節(jié)點可以配置用于容納實施方 式的不同部分或者實例。例如，在一個實施方式中，某些元件可以 通過計算機系統(tǒng)700的一個或多個節(jié)點來實現(xiàn)，這些節(jié)點不同于實 現(xiàn)其他元件的那些節(jié)點。
在各種實施方式中，計算機系統(tǒng)700可以是包括一個處理器710 的單處理器系統(tǒng)，或者包括多個處理器710 (例如，2個、4個、8 個或者其他適當數(shù)目)的多處理器系統(tǒng)。處理器710可以是能夠執(zhí) 行指令的任何適當?shù)奶幚砥?。例如，在各種實施方式中，處理器710 可以是通用處理器或者嵌入式處理器，其實現(xiàn)多種指令集架構(gòu)(ISA) 中的任何一種，諸如x86、 PowerPC、 SPARC或者MIPS ISA或者任 何其他適當?shù)腎SA。在多處理器系統(tǒng)中，每個處理器710可以共同地 H旦不是必須)實現(xiàn)相同的ISA。
系統(tǒng)存儲器720可以配置用于存儲由處理器710可訪問的程序 指令和/或數(shù)據(jù)。在各種實施方式中，系統(tǒng)存儲器720可以使用任何 適當?shù)拇鎯ζ骷夹g(shù)來實現(xiàn)，例如靜態(tài)隨機訪問存儲器(SRAM)、同 步動態(tài)RAM (SDRAM)、非易失性/閃存類存儲器或者任何其他類 型的存儲器。在所示的實施方式中，實現(xiàn)期望功能(諸如上文針對 用于捕捉以及處理使用集成小透鏡陣列的光場顯微鏡800捕捉的實像陣列描述的那些功能)的程序指令和數(shù)據(jù)被示為分別作為程序指
令725和數(shù)據(jù)存儲735而存儲在系統(tǒng)存儲器720中。在其他實施方 式中，可以基于與系統(tǒng)存儲器720或者計算機系統(tǒng)700分離的、不 同類型的計算機可訪問介質(zhì)或者類似介質(zhì)來接收、發(fā)送或者存儲程 序指令和/或數(shù)據(jù)。 一般而言，計算機可訪問介質(zhì)可以包括存儲介質(zhì) 或者存儲器介質(zhì)，諸如磁性或光學介質(zhì)，例如經(jīng)由1/0接口 730耦合 至計算機系統(tǒng)700的盤或CD/DVD-ROM。經(jīng)由計算機可訪問介質(zhì)存 儲的程序指令和數(shù)據(jù)可以通過傳輸介質(zhì)或者信號來傳輸，這些傳輸 介質(zhì)或者信號諸如電信號、電磁信號或者數(shù)字信號，其可以經(jīng)由諸 如網(wǎng)絡和/或無線鏈J 各的通信介質(zhì)來傳遞，諸如可以經(jīng)由網(wǎng)絡4妄口 740來實現(xiàn)。
在一個實施方式中，1/0接口 730可以配置用于協(xié)調(diào)處理器710、 系統(tǒng)存儲器720以及設備中的任何外圍設備(包括網(wǎng)絡接口 740或 者其他外圍接口，諸如輸入/輸出設備750 )之間的I/O業(yè)務。在某 些實施方式中，1/0接口 730可以執(zhí)行任何所需的協(xié)議、定時或者其 他數(shù)據(jù)變換，以便將數(shù)據(jù)信號從一個組件(例如，系統(tǒng)存儲器720) 使用的格式轉(zhuǎn)換為適于其他組件(例如，處理器710)使用的格式。 在某些實施方式中，1/0接口 730可以包括對通過各種類型的外圍總 線附接的設備的支持，其中外圍總線例如外圍組件互連(PCI)總線 標準或者通用串行總線(USB)標準的變形。在某些實施方式中，I/O 接口 730的功能可以劃分到兩個或者更多分離的組件中，諸如北橋 和南橋。而且，在某些實施方式中，1/0接口 730的某些或者全部功 能(諸如與系統(tǒng)存儲器720的接口 )可以直接并入處理器710。
網(wǎng)絡接口 740可以配置用于允許在計算機系統(tǒng)700與附接至網(wǎng) 絡的其他設備(諸如其他計算機系統(tǒng))之間或者計算機系統(tǒng)700的 節(jié)點之間交換數(shù)據(jù)。在各種實施方式中，網(wǎng)絡接口 740可以支持經(jīng) 由有線的或者無線通用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(例如，任何適當類型的以太網(wǎng))、 經(jīng)由電信/電話網(wǎng)絡(諸如，模擬語音網(wǎng)絡或者數(shù)字光纖通信網(wǎng)絡)、 經(jīng)由存儲區(qū)域網(wǎng)絡(諸如，光纖信道SAN)、或者經(jīng)由任何其他適當類型的網(wǎng)絡和/或協(xié)議進行通信。輸入/輸出設備750可以包括用于接收來自于使用如上所述的小透鏡陣列的光場顯微鏡800捕捉的實像222的光場顯微鏡800的輸 入。在某些實施方式中，輸入/輸出設備750可以包括一個或多個顯 示終端、鍵盤、小鍵盤、觸摸板、掃描設備、語音或者光學識別設 備或者適于由一個或多個計算機系統(tǒng)700輸入或者接收數(shù)據(jù)的任何 其他設備。多個輸入/輸出設備750可以存在計算機系統(tǒng)700中，或 者可以在計算機系統(tǒng)700的各個節(jié)點上分布。在某些實施方式中， 相似的輸入/輸出設備可以與計算機系統(tǒng)700分離，并且可以通過有 線或者無線連接(諸如通過網(wǎng)絡接口 740)與計算機系統(tǒng)700的一個 或多個節(jié)點交互。如圖9所示，存儲器720可以包括程序指令725和數(shù)據(jù)存儲735, 其中程序指令725配置用于實現(xiàn)包括但不限于稠密對應軟件的軟件， 該軟件用于捕捉和處理由如上所述的集成小透鏡陣列的光場顯微鏡 800生成的實像陣列，而數(shù)據(jù)存儲735包括程序指令725可訪問的各 種數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲735可以包括可在某些實施方式中使用的數(shù)據(jù)。 在其他實施方式中，可以包括不同的軟件元素和數(shù)據(jù)。本領域技術(shù)人員應該理解，計算機系統(tǒng)700僅僅是示意性的， 其并非意在限制在此描述的集成小透鏡陣列的光場顯微鏡800的范圍。特別地，計算機系統(tǒng)和設備可以包括能夠執(zhí)行所示功能的硬件 或者軟件的任意組合，包括但不限于計算機、網(wǎng)絡設備、互聯(lián)網(wǎng)應 用、PDA等。計算機系統(tǒng)700還可以連接至其他未示出的設備，或 者反之可以作為單機系統(tǒng)操作。而且，在某些實施方式中，所示組 件所提供的功能可以結(jié)合到較少的組件中或者分布到附加的組件 中。類似地，在某些實施方式中，可以不提供某些所示組件的功能， 和/或其他附加功能可以是可用的。本領域技術(shù)人員還將理解，盡管各種項目被示為在使用時存儲 在存儲器中或者存儲設備上，但是這些項目或者其中的部分可以在 存儲器與其他存儲設備之間傳送，以用于存儲器管理和數(shù)據(jù)完整性存儲在 (例如，作為指令或者結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù))將由適當?shù)尿?qū)動讀取的計算機 課可訪問介質(zhì)或者便攜式產(chǎn)品中，已在上文描述了其中的各種示例。 在某些實施方式中，存儲在與計算機系統(tǒng)700分離的計算機可訪問 介質(zhì)上的指令可以經(jīng)由傳輸介質(zhì)或者信號而傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)700 ， 其中傳輸介質(zhì)或者信號例如由諸如網(wǎng)絡和/或無線鏈路的通信介質(zhì)承 載的電信號、電磁信號或者數(shù)字信號。各種實施方式還可以包括接 收、發(fā)送或者存儲按照上文關于計算機可訪問介質(zhì)的描述而實現(xiàn)的 指令和/或數(shù)據(jù)。因而，可以利用其他計算機系統(tǒng)配置來實施本發(fā)明。結(jié)論各種實施方式還可以包括接收、發(fā)送或者存儲按照上文關于計 算機可訪問介質(zhì)的描述而實現(xiàn)的指令和/或數(shù)據(jù)。 一般而言，計算機 可訪問介質(zhì)可以包括存儲介質(zhì)或者存儲器介質(zhì)，諸如磁性介質(zhì)和光學介質(zhì)，例如盤或者DVD/CD-ROM、易失性或者非易失性介質(zhì)，諸 如RAM(例如，SDRAM、 DDR、 RDRAM、 SRAM等)、ROM等，以及由諸如網(wǎng)絡和/或無線鏈路的通信介質(zhì)承載的傳輸介質(zhì)或者信 號，諸如電信號、電磁信號或者數(shù)字信號。附圖中所示以及在此描述的各種方法表示方法的示例性實施方 式。該方法可以通過軟件、硬件或其組合來實現(xiàn)。該方法的順序可 以改變，并且可以對各種元素進行添加、重排序、組合、省略和修 改等。對于受益于本公開的本領域技術(shù)人員而言顯而易見的是，可以 進行各種修改和改變。本發(fā)明意在涵蓋所有這些修改和改變，因此 應認為上文的描述是示意性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種光場顯微鏡，包括物鏡；所述光場顯微鏡的圖像平面處的傳感器，配置用于捕捉投影在所述傳感器上的圖像；以及位于所述物鏡的后孔處或附近的小透鏡陣列，其中，所述小透鏡陣列包括多個小透鏡；其中，所述多個小透鏡中的每個小透鏡配置用于將所述物鏡下的樣本的獨立實像投影在所述傳感器的獨立位置上，其中每個獨立的實像對應于所述物鏡下的所述樣本的不同視圖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光場顯微鏡，其中所迷多個小透鏡中 的每個小透鏡是低放大率、長焦距光學透鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光場顯微鏡，其中所迷傳感器是電荷 耦合設備(CCD)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光場顯微鏡，其中所述多個小透鏡中 的每個小透鏡的焦距大于所述物鏡的焦距。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光場顯微鏡，其中所迷小透鏡陣列集 成在所述物鏡中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光場顯微鏡，其中所述小透鏡陣列位于所述物^:的后焦平面處或附近。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光場顯微鏡，其中所述光場顯微鏡是 無限校正顯微鏡，并且其中所述小透鏡陣列位于所述光場顯微鏡的 鏡筒透鏡處或附近。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光場顯微鏡，其中所述光場顯微鏡是 無限校正顯微鏡，并且其中所述小透鏡陣列替換所述光場顯微鏡的 所述鏡筒透鏡。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光場顯微鏡，其中所述多個小透鏡配 置用于將所述物鏡下的所述樣本的多個獨立實像投影到所述傳感器上的多個獨立位置上，其中所述多個獨立實像對應于所述物鏡下的所述樣本的不同視圖，并且其中在所述多個獨立的實像中有差別地記錄所述樣本圖像的角度信息。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光場顯微鏡，其中所述傳感器配置用于捕捉由所述多個小透鏡投影到所述傳感器上的多個獨立實像。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的光場顯微鏡，其中所述光場顯微鏡配置用于向計算機設備提供所捕捉的由所述多個小透鏡投影到所述傳感器上的多個獨立實像，其中所述計算機設備包括可在所述計算機設備上執(zhí)行的軟件和/或硬件以根據(jù)一個或多個稠密對應技術(shù)從所捕捉的多個獨立實像中的差異生成所述樣本圖像的角度信息。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的光場顯微鏡，其中所述光場顯微鏡配置用于向計算機設備提供所捕捉的由所述多個小透鏡投影到所述傳感器上的多個獨立實像，其中所述計算機設備包括可在所述計算機設備上執(zhí)行的軟件和/或硬件以根據(jù)所捕捉的多個獨立實像顯示所述樣本的一個或多個三維圖像。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的光場顯微鏡，其中所述光場顯微鏡配置用于向計算機設備提供所捕捉的由所述多個小透鏡投影到所述傳感器上的多個獨立實像，其中所述計算機設備包括可在所述計算機設備上執(zhí)行的軟件和/或硬件以根據(jù) 一 個或多個稠密對應技術(shù)從所捕捉的多個獨立實像中生成所述樣本的多個合成圖像，其中所述多個合成圖像中的每個對應于所述物鏡下的所述樣本的不同合成視圖。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光場顯微鏡，其中針對像差來校正所述多個小透鏡中的每個小透鏡。
15. —種顯微鏡物鏡，包括包括多個透鏡的物鏡配件；以及小透鏡陣列，在所述顯微鏡物鏡的后焦平面處或附近與所述顯微鏡物鏡集成，其中所述小透鏡陣列包括多個小透鏡；其中，所述多個小透鏡中的每個小透鏡配置用于將所述顯微鏡物鏡下的樣本的獨立實像投影到位于光場顯微鏡的圖像平面處的傳感器上的獨立位置上，其中每個獨立實像對應于所述顯微鏡物鏡下的所述樣本的不同視圖。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯微鏡物鏡，其中所述多個小透鏡中的每個小透鏡是低放大率、長焦距光學透鏡。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯微鏡物鏡，其中所述多個小透鏡中的每個小透鏡的焦距大于所述顯微鏡物鏡的焦距。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯微鏡物鏡，其中所述多個小透鏡配置用于將所述顯微鏡物鏡下的所述樣本的多個獨立實像投影到所述傳感器上的多個獨立位置上，其中每個獨立實像對應于所述顯微鏡物鏡下的所述樣本的不同視圖，并且其中在所捕捉的多個獨立的實像中有差別地記錄所述顯微鏡物鏡下的所述樣本的圖像的角度信息。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯微鏡物鏡，其中針對像差來校正所述多個小透鏡中的每個小透鏡。
20. —種光場顯樣i系統(tǒng)，包括光場顯微鏡，包括物鏡；所述光場顯微鏡的圖像平面處的傳感器；以及位于所述物鏡的后孔處或附近的小透鏡陣列，其中，所述小透鏡陣列包括多個小透鏡；其中，所述多個小透鏡中的每個小透鏡配置用于將所述物鏡下的樣本的獨立實像投影在所述傳感器上的獨立位置上，其中每個獨立的實像對應于所述物鏡下的所述樣本的不同視圖；以及其中，所述傳感器配置用于捕捉由所述多個小透鏡投影到所述傳感器上的多個獨立實像；計算機設備，配置用于耦合至所述光場顯微鏡；其中所述光場顯微鏡配置用于向所述計算機設備提供所捕捉的多個獨立實〗象；以及其中所述計算機設備包括可在所述計算機設備上執(zhí)行的軟件和/或硬件以從所捕捉的多個獨立實像中的差異生成所述物鏡下的所述樣本的圖像的角度信息。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光場顯微系統(tǒng)，其中所述軟件和/或硬件可在所述計算機設備上執(zhí)行以根據(jù)一個或多個稠密對應技術(shù)從所捕捉的多個獨立實像中的差異生成所述物鏡下的所述樣本的圖像的角度信息。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光場顯微系統(tǒng)，其中所述多個小透鏡中的每個小透鏡是低放大率、長焦距光學透鏡。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光場顯微系統(tǒng)，其中所述多個小透鏡中的每個小透鏡的焦距大于所述物鏡的焦距。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光場顯微系統(tǒng)，其中所述小透鏡陣列集成在所述物鏡中。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的光場顯微系統(tǒng)，其中所述小透鏡陣列位于所述物鏡的后焦平面處或附近。
26. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光場顯微系統(tǒng)，其中所述光場顯微鏡是無限校正顯微鏡，并且其中所述小透鏡陣列位于所述光場顯微鏡的鏡筒透鏡處或附近。
27. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光場顯微系統(tǒng)，其中所述光場顯微鏡是無限校正顯微鏡，并且其中所述小透鏡陣列替換所述光場顯微鏡的所述鏡筒透鏡。
28. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光場顯微系統(tǒng)，其中所述計算機設備進一步包括可在所述計算機設備上執(zhí)行的軟件和/或硬件以根據(jù)所捕捉的多個獨立實像顯示所述樣本的一個或多個三維圖像。
29. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光場顯微系統(tǒng)，其中所述軟件和/或硬件還可在所述計算機設備上執(zhí)行以根據(jù)一個或多個稠密對應技術(shù)從所捕捉的多個獨立實像生成所述樣本的多個合成圖像，其中所述多個合成圖像中的每個對應于所述物鏡下的所述樣本的不同合成視圖。
30. —種用于生成光場顯微鏡物鏡下的樣本的三維圖像的方法，包括將來自于位于所述物鏡的所述后孔處或附近的多個小透鏡中的每個小透鏡的、所迷物鏡下的所述樣本的獨立實像投影到位于所述顯微鏡的圖像平面處的傳感器上的獨立位置上，其中每個獨立實像對應于所述物鏡下的所述樣本的不同視圖；捕捉所述傳感器上的多個獨立實像；向計算機設備提供所捕捉的多個獨立實像，所述計算機設備包括實現(xiàn)一個或多個稠密對應技術(shù)的軟件和/或硬件；以及根據(jù) 一個或多個稠密對應技術(shù)從對應于所述樣本的不同視點的所捕捉的多個獨立實像中的差異生成所述樣本的三維圖像的角度信息。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述多個小透鏡中的每個小透鏡是低放大率、長焦距光學透鏡。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述多個小透鏡中的每個小透鏡的焦距大于所述物鏡的焦距。
33. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述多個小透鏡集成在所述物鏡中。
34. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進一步包括根據(jù)一個或多個稠密對應技術(shù)從所捕捉的多個獨立實像生成所述樣本的多個合成圖像，其中所述多個合成圖像中的每個對應于所述物鏡下的所述樣本的不同合成視圖。
35. —種系統(tǒng)，包括至少一個處理器；以及包括程序指令的存儲器，其中所述程序指令可由所述至少一個處理器執(zhí)行以實現(xiàn)可在所述至少一個處理器上執(zhí)行的圖像處理軟件，用于接收顯微鏡物鏡下的樣本的多個獨立實像，其中所述多個獨立實像表示由位于所述物鏡的所述后孔處或附近的多個小透鏡投影到位于所述顯微鏡的圖像平面處的傳感器上的、所述物鏡下的所述樣本的不同視圖；以及根據(jù) 一 個或多個稠密對應技術(shù)從所捕捉的多個獨立實像中的差異生成所述樣本的三維圖像的角度信息。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述圖像處理軟件可進一步在所述至少一個處理器上執(zhí)行，以根據(jù)一個或多個稠密對應技術(shù)從所捕捉的多個獨立實像生成所述樣本的多個合成圖像，其中所述多個合成圖像中的每個對應于所述物鏡下的所述樣本的不同合成視圖。
全文摘要
一種在物鏡(100)的后孔處或附近集成小透鏡陣列(210)的光場顯微鏡?？梢岳玫头糯舐市⊥哥R(212)的陣列補充該顯微鏡物鏡，該低放大率小透鏡(212)可以位于物鏡后孔處或附近并且輕微地修改該物鏡。其結(jié)果是新型物鏡或?qū)ΜF(xiàn)有物鏡的附加。小透鏡陣列例如可以包括9到100個產(chǎn)生相應數(shù)量實像的小透鏡(具有長焦距的小型、低放大率小透鏡)。每個小透鏡在圖像平面(220)上產(chǎn)生一個實像，并且每個圖像對應于樣本的不同視點或方向。在捕捉的實像中相關地或有差別地記錄角度信息。為了獲取該角度信息，可以使用各種稠密對應技術(shù)中的一個或多個。
文檔編號G02B21/00GK101646967SQ200880007588
公開日2010年2月10日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
發(fā)明者T·G·喬治埃維 申請人:奧多比公司