故事

FusionOptics -结合高分辨率和景深的理想的3D光学图像

多达80%的视觉环境体验是通过我们的视觉感知发生的。没有空间视觉,我们几乎不能保持方向。近几十年来,神经科学对我们大脑的视觉皮层和大脑皮层的复杂过程有了许多深入的了解,通过这些复杂的过程,大脑皮层将来自眼睛的信号处理成图像。一项由莱卡微系统公司(Leica Microsystems)、188金宝搏的网址苏黎世大学(University of Zurich)神经信息学研究所(Institute of Neuroinformatics)和瑞士联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology)联合开展的研究显示,我们的大脑如何灵活而有力地连接视觉信号,从而创造出最佳的空间图像。研究结果为进一步的研究提供了依据立体显微技术的创新在分辨率和聚焦深度方面,已经突破了以前无法克服的限制:FusionOptics™.FusionOptics™获得的显著性能提高对于显微镜的日常工作非常有价值。

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两只眼睛的延伸

立体显微镜技术使我们能够在两个不同光束路径的帮助下,以3D的方式观察微观结构——这在原则上就像我们两只眼睛的延伸。自从霍雷肖·s·格里诺发明立体显微镜以来,它们的工作原理主要是基于恩斯特·阿贝的工作原理。一个多世纪以来,光学设计师一直致力于将放大率、分辨率和图像质量提高到光学允许的极限。这些极限是由分辨率、收敛角和工作距离之间的相关性决定的。显微镜分辨率越高,左右光束路之间的会聚角越高,可用工作距离越低。但是,增加光轴之间的距离会导致观察者看到的三维图像失真;然后,物体中的立方体就会显示为一个高塔。一个更大的变焦范围本身是没有用处的,因为随着放大倍数的增加,没有伴随光学分辨率的增加。结果就是所谓的“空放大”。

限制是用来被打破的

关于视觉感知和视觉问题的科学研究表明,大脑可以选择性地处理来自单个眼睛的信息,它非常有能力补偿两只眼睛的视觉敏锐度的差异。这给了徕卡微系统公司的开发工程师一个简单而巧妙的想法。188金宝搏的网址为什么不利用大脑的这种能力,利用显微镜的每个光束路径来获取不同的信息呢?一个图像通道提供高分辨率,另一个提供景深。这两个非常不同的图像被大脑合并成一个单一的、最优的空间图像。全新的光学方法FusionOptics™带来了两个独特的优势。与现有的立体显微镜相比,可以大幅度提高分辨率,显著提高聚焦深度。此外,可以在不增加两束路径之间的收敛角的情况下提高分辨率。

科学研究证实了新的方法

然而,这一设计的可行性首先需要从神经生理学的角度进行评估——大脑是否能够处理两只眼睛之间存在巨大差异的信号,从而形成正确的三维图像。早期的研究主要关注二维图像。188金宝搏的网址莱卡微系统公司(Leica Microsystems)向苏黎世大学(University of Zurich)神经信息学研究所(Institute of Neuroinformatics)和瑞士联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology)的丹尼尔·凯珀(Daniel Kiper)博士提出了这个想法,后者专门研究灵长类动物大脑的信号处理,并同意进行相应的研究。Kiper与莱卡微系统公司的研究生助理Cornelia Schulthess和Harald Schnitzler博士一起设计了一项研究。188金宝搏的网址36名视力正常的被试进行了双眼视觉信号组合的心理物理测试。特别有趣的是,当两只眼睛都受到不同的刺激时,是否会发生眼间信号抑制。这样做的结果是,被压抑的眼睛的图像只能被部分感知或根本无法感知。

在实验中,被试观察中心注视点周围的斑块。这些视场要么是光栅的,要么是均匀的(图4)。为了在两只眼睛的空间感知上产生差异,需要双眼的视差——两只眼睛必须暴露在不同的刺激下。这是通过特殊的立体视镜完成的,通过这种视镜可以将单独的测试图像投射到每只眼睛上。在一系列的试验中,被试看到不同深度平面上网格斑块的排列变化。在每张图像可见1000毫秒后,受试者报告他们在哪里看到网格斑块,以及它们是出现在中心注视点的前面还是后面。

各空间平面上对网格斑块位置和空间分辨率的正确/错误答案的评价无显著性差异。在任何测试中都没有观察到信号抑制的证据。这意味着人类的大脑能够利用来自双眼的最佳信息来组成最佳的空间图像。无论图像是用两只眼睛获得的,还是每只眼睛提供的信息完全不同,这都是正确的。研究结果再次证明了我们的大脑在处理视觉印象时的适应性和强大程度。

图4:视觉刺激的示意图描述。答:测试图像的四种可能的感知。测试对象指定网格出现的位置,以及它们是出现在注视点的前面还是后面。B:不同双眼刺激测试系列中的一个例子(对应于A中的感知图像3)。栅格分别呈现给同一只眼睛或不同的眼睛。一些斑块在一只眼睛中也显示出移动(白色箭头)。

FusionOptics™提供独一无二的3D图像

基于这项研究提供的理论基础,徕卡微系统能够在一个全新的立体显微镜中实现融合光学™概念,这是世界上188金宝搏的网址第一个变焦范围为20.5:1,分辨率高达525 lp/mm的显微镜。这相当于952纳米的分辨结构尺寸。当适当配置时,可以增加到1050 lp/mm(结构尺寸476 nm)。到目前为止,光学附件只能达到16:1的最大变焦范围或在不增加分辨率的情况下增加放大倍数(空放大倍数)。

FusionOptics™获得的显著性能提高对于显微镜的日常工作非常有价值。新目标生成的大工作距离允许在显微镜平台上检查标本方便的自由移动。无论是半导体技术、塑料开发、材料测试、犯罪学、自然科学还是地球科学,新的立体显微镜开辟了以前传统立体显微镜无法达到的领域。

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