一种生物组织在线三维成像系统用照明装置的制作方法

1.本发明属于生物组织监测技术领域，具体涉及一种生物组织在线三维成像系统用照明装置。


背景技术：

2.目前，在对生物组织(生物组织包括类器官、细胞团等，其中类器官是由干细胞或者肿瘤细胞在体外三维培养形成的多细胞团)进行监测时，成像效果比较好的监测设备主要为对细胞团进行监测的三维成像器，由于目前的三维成像器的照明装置发光点的排布主要包括正方形网格形排布和双轴形排布；三维成像器在进行三维重建成像时，都是将光线沿经过折射后的入射方向进行回传，并采用光学衍射层析算法、滤波反投影算法或强度衍射层析类算法对图像传感器获取的图像进行三维重建；由于图像传感器接收的光是经过样品容器、传感器玻璃层和空气层折射后的光，现有的发光点排布方式虽然使得光源照射的光束在待检测物处汇聚到了一点，但是在样品的三维重建过程中，将全部入射光线进行沿着入射的直线路线回传，并在光线的聚集处进行重建时，回传路线无法汇聚到一点，会出现偏差，导致重建的精确度较低。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种生物组织在线三维成像系统用照明装置，旨在解决现有技术中三维成像器的照明装置照出的光线经过折射后，样品的三维重建过程中沿入射方向进行直线回传时，回传后的光线无法汇聚到一点的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
5.一种生物组织在线三维成像系统用照明装置，包括光源和安装架；所述光源设置在安装架上；
6.所述安装架上或所述安装架周围设有若干个呈环形阵列排布的发光点；所述光源在环形阵列排布的每个发光点处依次照射出光束且每束光束均在若干个发光点的环形阵列中心的正下方均覆盖有作为监测点的同一点。
7.进一步改进的方案：所述光源在每个发光点照射出的光束的中心轴线均穿过监测点。
8.进一步改进的方案：呈环形阵列排布的所述发光点均位于安装架上，且每个发光点均设有一个led灯。
9.基于上述方案，通过环形阵列排布的led灯依次发射出光束，来实现每个发光点处依次照射出光束且每束光束均在若干个发光点的环形阵列中心的正下方通过一点。
10.进一步改进的方案：所述安装架为球面形或环形，所述发光点设置在安装架的一个圆周上。
11.进一步改进的方案：所述安装架上每个led灯处均设有一个遮挡片，每个所述遮挡片上均设有一个供光束穿过的圆孔，且圆孔的轴线穿过监测点。
12.进一步改进的方案：所述圆孔的直径为80-120μm。
13.基于上述方案，经过80-120μm的圆孔，led发出的光在透过圆孔后可以变成相干性较好的点光源。此外，从led发出的光要先透过圆孔才能到达图像传感器，光线通过圆孔后的发散角通常在30
°
以内；由于采用环形阵列，且圆孔的轴线穿过监测点，通过圆孔的光束朝向所有光束穿过的一点(监测点)；相对于现有技术中的平面阵列(发出的光束并非正朝向监测点)光线通过圆孔后的发散角小于30
°
角的照明，本发明的照明有效范围更大。
14.进一步改进的方案：每个发光点处均设有一个安装槽，所述led灯为贴片led灯且设置在安装槽内，所述遮挡片设置在led灯外侧。
15.进一步改进的方案：每个所述led灯均连接有din数据输入管脚、vcc电源管脚、gnd接地管脚和dout数据输出管脚四个管脚；
16.全部led灯依次相连，第一个led灯的din数据输入管脚与控制端相连，其余每个led灯的din数据输入管脚与上一个led灯的dout数据输出管脚相连，每个led灯的dout数据输出管脚与下一个led灯的dout数据输出管脚相连。
17.基于上述方案，通过控制端发出的信号，全部led灯会依次发出光束；控制端可以为树莓派(一种用于控制的微型计算机，体积《5cm
×
7cm
×
2cm。)、单片机、dsp芯片、fpga芯片或计算机等。
18.进一步改进的方案：所述发光点有20-150个。
19.基于上述方案，发光点数量越多，则获得的图像数量越多，三维重建效果越好，一般不少于20个。
20.进一步改进的方案：所述光源包括驱动组件、旋转支架以及固定在旋转支架上的led灯或激光灯；旋转支架与驱动组件的输出端相连；所述发光点环绕旋转支架设置，所述旋转支架在旋转时，led灯或激光灯依次经过发光点且在发光点处发射出光束。
21.基于上述方案，只设置一个led灯或激光灯，通过旋转支架，可以带动led灯或激光灯依次经过发光点且在发光点处发射出光束。
22.进一步改进的方案：所述光源包括带有显示屏的终端设备，所述发光点设置在显示屏上且所述显示屏通过依次点亮每个发光点来照射出光束，且在每个发光点照射出光束时，显示屏的其余部分调整为暗。
23.基于上述方案，通过终端设备依次控制显示屏上的每个发光点点亮，来照射出光束；所述终端设备可以为手机、平板电脑等具有显示屏的设备。
24.本发明的有益效果为：
25.本发明中由于发光点呈环形阵列排布且光束均覆盖有作为监测点的同一个点，经过折射后的光线，在样品的三维重建过程中沿入射方向进行回传重建时，回传的光线仍然会汇聚到一点，即恢复样品点，最大程度上减小图像传感器上方的玻璃等因折射对成像效果的影响，重建的三维图像精确度较高。
26.此外，环形阵列排布的每个发光点相比于平面形阵列体积更小；由于环形阵列排布的每个发光点到达图像传感器的距离都相等，则所有角度入射光的强度都相等，提高了成像的精确度。由于相同的入射角度，环形阵列排布的每个发光点到达图像传感器的距离都要小于平面阵列，因此光线到达图像传感器上时的光强也要大于平面阵列。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关附图。
28.图1是本发明实施例一中照明装置的结构示意图。
29.图2是本发明实施例一中照明装置的部分led灯的结构示意图。
30.图3是本发明实施例一中led灯的电路示意图。
31.图4是本发明中，led灯的光线照射路线示意图。
32.图5是现有技术中发光点为轴形的光线沿入射方向的回传线路示意图。
33.图6是本发明照明装置中led灯的环形阵列排布示意图。
34.图7是本发明照明装置中环形阵列排布的led灯的光线沿入射方向的回传线路示意图。
35.图8是本发明照明装置中环形阵列与现有技术中平面阵列的照射距离对比示意图。
36.图9是本发明照明装置中环形阵列与现有技术中平面阵列的照射角度对比示意图。
37.图10是本发明照明装置中遮挡片的结构示意图。
38.图11是本发明三维成像系统的原理示意图。
39.图12是实施例二中照明装置的结构示意图。
40.图中标号说明：
41.1-安装架；2-发光点；3-遮挡片；4-圆孔；5-导线；6-驱动电机；7-减速箱7；8-旋转支架；9-led灯；10-光束；11-监测点。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
43.实施例一：
44.参阅图1和图2，一种生物组织在线三维成像系统用照明装置，包括光源和安装架1；所述光源设置在安装架1上；
45.所述安装架1上或所述安装架1周围设有若干个呈环形阵列排布的发光点2；所述光源在环形阵列排布的每个发光点2处依次照射出光束且每束光束均在若干个发光点的环形阵列中心的正下方均覆盖有作为监测点的同一点。
46.为了达到更好的光照强度，在上述方案的基础上，所述光源在每个发光点照射出的光束的中心轴线均穿过监测点。
47.在生物组织在线三维成像系统中，每束光均通过的一点为放置待检测样品的监测点，监测点位于图像传感器的正上方且距离一般小于3mm。
48.在上述方案的基础上，呈环形阵列排布的所述发光点均位于安装架上，且每个发光点均设有一个led灯。
49.在上述方案的基础上，所述安装架为球面形或环形，所述发光点设置在安装架的一个圆周上。
50.参阅图2和图10，所述安装架1上每个led灯处均设有一个遮挡3片，每个所述遮挡片3上均设有一个供光束穿过的圆孔4，且圆孔4的轴线穿过监测点。所述圆孔的直径优选为80-120μm，但不局限于此。每个发光点处均设有一个安装槽，所述led灯为贴片led灯且设置在安装槽内，所述遮挡片3设置在led灯外侧。
51.经过80-120μm的圆孔，led发出的光在透过圆孔后可以变成相干性较好的点光源。参阅图9，从led发出的光要先透过圆孔才能到达图像传感器，光线通过圆孔后的发散角通常在30
°
以内；由于采用环形阵列，且圆孔的轴线穿过监测点，通过圆孔的光束朝向所有光束穿过的一点(监测点)；相对于现有技术中的平面阵列(发出的光束并非正朝向监测点)光线通过圆孔后的发散角小于30
°
角的照明，本发明的照明有效范围更大。
52.参阅图2和图3，每个所述led灯均连接有din数据输入管脚、vcc电源管脚、gnd接地管脚和dout数据输出管脚四个管脚；全部led灯依次相连，第一个led灯的din数据输入管脚与控制端相连，其余每个led灯的din数据输入管脚与上一个led灯的dout数据输出管脚导线5相连，每个led灯的dout数据输出管脚与下一个led灯的dout数据输出管脚通过导线5相连。
53.通过控制端发出的信号，全部led灯会依次发出光束；控制端可以为树莓派(一种用于控制的微型计算机，体积《5cm
×
7cm
×
2cm。)、单片机、dsp芯片、fpga芯片或计算机等。
54.所述发光点的数量可以根据清晰度要求、体积和成本等因素进行设置，所述发光点数量一般不低于20个，优选20-150个，更具体的一种采用64个。
55.下面结合工作原理对本发明做进一步说明：
56.如图4，当光线经过样品(待检测物)后，仍需要穿过三层不同折射率的介质才能到达cmos图像传感器的接受区，第一层是用于盛放样品的器具，如玻片、样品槽或者细胞培养皿等，第二层是cmos图像传感器表层的玻璃，用于保护cmos图像传感器，第三层是空气层；光线经过这三层介质时会发生折射。
57.如图5，现有的发光点以双轴形装置为例，取一根轴上的任意三个led灯a、b、c；从a、b、c发出的光经过样品点，最终到达cmos图像传感器的cmos图像接收面的a、b、c处。三维重建算法的重建过程本身可以理解为光线沿入射方向的回传过程，回传方向指光线经过样品时的入射方向，即虚线所指方向。从图6可以看出光沿三条虚线回传后并未相交于一点，这也就是说重建过程并不能恢复样品点；导致重建后的精确度较低；正方形网格阵列的排布方式存在同样的问题。
58.如图6和图7所示，本发明中，将环上的led分成若干对称组，如图中a1-b1，a2-b2，a3-b3；取a1-b1组进行分析，由于a1和b1对称，所以其入射角度都相同，根据几何原理，可以发现两条回传虚线的交点正好位于原样品点正下方；同理，其他对称组也有这个特点，且交点离样品点的距离都相同，因此所有回传虚线都会相交于一点，因此能恢复样品点；虽然位置与原样品点有高度上的偏离，但这并不影响重建效果。
59.如图8所示，本发明中，环形阵列排布的每个发光点相比于平面形阵列体积更小。
由于环形阵列排布的每个发光点到达图像传感器的距离都相等，则所有角度入射光的强度都相等，提高了成像的精确度。由于相同的入射角度，环形阵列排布的每个发光点到达图像传感器的距离都要小于平面阵列，因此光线到达图像传感器上时的光强也要大于平面阵列。
60.如图9所示，从led发出的光要先透过圆孔才能到达cmos图像传感器，光线通过小孔后的发散角通常在30
°
以内，这就意味着平面阵列只能实现小于30
°
角的照明，而弧形阵列中圆孔是斜置的，因此能解决这个问题，实现大角度照明。
61.本实施的照明装置在生物组织在线三维成像系统中的应用如图11所示，为了保证检测的精确度，此外，led灯距离样品的距离z1远大于样品距离cmos图像传感器的距离z2，由于样品及cmos图像传感器的体积较小，因此可以使得样品接收到的光束是细小的平行光束；一种可行的方案：led灯距离样品的距离z1约6cm；样品距离cmos图像传感器的距离z2要小于3mm(一般1mm左右)。图11中仅仅是为了表示系统原理的示意图，实际上样品及cmos图像传感器的体积远小于图11中所示的体积，且led灯照射出的光束也接近于一束平行光，并非图中所示的角度。
62.实施例二：
63.参阅图12，与实施例一的不同之处在于，所述光源包括驱动组件、旋转支架8以及固定在旋转支架上的led灯9或激光灯；旋转支架8与驱动组件的输出端相连；所述发光点环绕旋转支架8设置，所述旋转支架在旋转时，led灯9或激光灯依次经过发光点且在发光点处发射出光束10。所述驱动组件包括驱动电机6和减速箱7(齿轮减速)；图12中光束10均穿过的点为用于放置样品的监测点11。
64.led灯或激光灯由控制器(树莓派、单片机、dsp芯片、fpga芯片或计算机)控制led灯或激光灯的开关，并在每个发光点发出光束。
65.实施例三：
66.与其余实施例的不同之处在于，所述光源包括带有显示屏的终端设备，所述发光点设置在显示屏上且所述显示屏通过依次点亮每个发光点来照射出光束，且在每个发光点照射出光束时，显示屏的其余部分调整为暗。所述终端设备可以为平板电脑、手机等带有显示屏的终端设备。
67.本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。