體視顯微鏡的景深融合技術(shù)是通過光學(xué)設(shè)計或軟件算法,，將不同焦平面的清晰圖像合成為一幅全景深高清圖像的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于材料、生物、工業(yè)檢測等領(lǐng)域,。以下從原理、實現(xiàn)方式,、優(yōu)勢及應(yīng)用場景展開說明：

一,、技術(shù)原理與核心邏輯

1. 光學(xué)景深限制與痛點

體視顯微鏡的景深（DOF）與物鏡放大倍數(shù)、數(shù)值孔徑（NA）成反比,，高倍觀察時景深極淺（如 40× 物鏡景深僅數(shù)微米）,，樣品不同深度結(jié)構(gòu)無法同時清晰成像。

2. 景深融合的兩種實現(xiàn)路徑

光學(xué)硬件融合（如徠卡 FusionOptics）：

通過雙光路獨立采集高分辨率（右光路,，大 NA）與大景深（左光路,，小 NA）圖像，利用人腦視覺系統(tǒng)自動融合為兼具細(xì)節(jié)與景深的 3D 影像,。

數(shù)字圖像融合（軟件算法）：

對樣品進(jìn)行 Z 軸步進(jìn)掃描（如每 1μm 拍攝 1 張）,，通過算法（如最大對比度、加權(quán)平均）合成全焦平面清晰圖像,，典型如奧林巴斯的焦點合成（Focus Stacking）技術(shù),。

二、景深融合的實現(xiàn)方式與操作流程

1. 光學(xué)硬件融合（以徠卡 SZ16i 為例）

硬件配置：

雙光路獨立物鏡（右路高分辨,，左路大景深）,，搭配 CMO（Complanar Optical）合成光學(xué)系統(tǒng)。

無需額外軟件,，目鏡直接觀察融合圖像,，或通過三目鏡輸出至相機。

操作步驟：

切換至 FusionOptics 模式（旋轉(zhuǎn)光路選擇旋鈕）,；

調(diào)節(jié)粗調(diào)焦至樣品大致清晰,，細(xì)調(diào)焦優(yōu)化局部細(xì)節(jié)，系統(tǒng)自動融合雙光路信息,。

2. 數(shù)字圖像融合（以 Olympus SZX16 + cellSens 軟件為例）

掃描參數(shù)設(shè)置：

Z 軸步長：0.5-2μm（根據(jù)樣品厚度,，如 50μm 厚組織設(shè)為 1μm）；

掃描范圍：從樣品上表面至下表面外擴 10%（避免漏掃）,。

軟件合成流程：

采集多焦面圖像序列（如 100 層）,；

選擇融合算法（推薦 “對比度大化” 或 “拉普拉斯金字塔”）；

輸出合成圖像（TIFF 格式保留原始數(shù)據(jù)）,。

三,、景深融合的技術(shù)優(yōu)勢

維度傳統(tǒng)體視觀察景深融合技術(shù)

清晰度單一焦平面清晰，其他模糊全深度結(jié)構(gòu)銳利（如昆蟲復(fù)眼表面與內(nèi)部神經(jīng)元同時清晰）

效率需手動調(diào)焦逐區(qū)域觀察一次成像覆蓋全景深,，節(jié)省 90% 調(diào)焦時間

量化分析難以測量跨深度結(jié)構(gòu)支持 3D 尺寸測量（如芯片焊點高度,、植物根系分支角度）

兼容性僅適用于薄樣品厚樣品（如 1mm 金屬鍍層）無需切片，直接觀察

四,、典型應(yīng)用場景

1. 材料科學(xué)與工業(yè)檢測

金屬焊接質(zhì)量：景深融合觀察焊點橫截面的氣孔,、裂紋（傳統(tǒng)觀察需多次調(diào)焦才能看清不同深度缺陷）。

PCB 電路板：一次成像看清多層布線與表面元件焊接狀態(tài),，用于自動化瑕疵檢測（AI 識別效率提升 40%）,。

2. 生物學(xué)與醫(yī)學(xué)研究

植物組織：觀察完整根尖縱切面（根冠、分生區(qū),、伸長區(qū)同時清晰）,，測量根毛長度與分布密度。

病理切片：厚切片（20μm）的腫瘤細(xì)胞巢與間質(zhì)血管三維重構(gòu)，輔助判斷浸潤深度,。

3. 微納制造與半導(dǎo)體

MEMS 器件：微機電系統(tǒng)（如加速度計）的懸臂梁結(jié)構(gòu)與底部電極同時清晰成像,，測量間隙尺寸（精度達(dá) 1μm）。

芯片封裝：觀察倒裝焊（Flip Chip）的凸點高度與焊球塌陷情況,，無需分層掃描,。

五、主流品牌技術(shù)方案對比

品牌技術(shù)名稱核心特點適用場景

徠卡（Leica）FusionOptics光學(xué)實時融合,，目鏡直接觀察 3D 效果活體樣本,、快速檢測

奧林巴斯（Olympus）Focus Stacking軟件算法融合，支持自定義參數(shù)材料分析,、科研成像

蔡司（Zeiss）ApoTome.2 for Stereo結(jié)合光闌切片,，提升軸向分辨率透明樣本三維重建

尼康（Nikon）Real-Time Focus實時掃描 + GPU 加速融合，1 秒內(nèi)出圖高通量篩選,、工業(yè)在線檢測

六,、操作注意事項與優(yōu)化技巧

樣品制備：

反光樣品需噴金 / 碳（厚度 5-10nm），減少鏡面反射導(dǎo)致的融合偽影,；

生物樣品避免過度染色（如蘇木精染色過深會降低透光率,，影響下層結(jié)構(gòu)成像）。

參數(shù)優(yōu)化：

數(shù)字融合時,，Z 軸步長≤1/2 景深（如 10× 物鏡景深 20μm,，步長設(shè)為 10μm）；

光強設(shè)置為 50%-70%（強光會導(dǎo)致邊緣過曝,，影響融合精度）,。

偽影排除：

運動樣品（如活蟲）需先固定（4% 多聚甲醛），避免掃描期間位移導(dǎo)致重影,；

軟件融合后檢查邊緣是否有 “鋸齒”,，可通過調(diào)整 “平滑度” 參數(shù)改善。

七,、未來發(fā)展趨勢

AI 驅(qū)動融合：引入深度學(xué)習(xí)（如 U-Net 網(wǎng)絡(luò)）預(yù)測最佳焦平面,，減少掃描層數(shù)（速度提升 3 倍），典型如賽默飛的 AI Focus 軟件,。

實時三維融合：結(jié)合光場顯微技術(shù),，實現(xiàn)動態(tài)樣品（如跳動的昆蟲心臟）的全景深實時成像。

便攜式設(shè)備集成：微型體視鏡搭載景深融合芯片（如 ARM 處理器 + FPGA）,，適用于野外現(xiàn)場檢測（如礦石成分快速分析）,。

通過景深融合技術(shù)，體視顯微鏡突破了傳統(tǒng)光學(xué)限制,，從 “平面觀察” 升級為 “全維度解析”,，尤其在需要同時兼顧宏觀結(jié)構(gòu)與微觀細(xì)節(jié)的場景中,，成為科研與工業(yè)質(zhì)量控制的關(guān)鍵工具。