體視顯微鏡的景深融合技術(shù)是通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)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(cè)等領(lǐng)域。以下從原理、實(shí)現(xiàn)方式、優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用場(chǎng)景展開(kāi)說(shuō)明：

一、技術(shù)原理與核心邏輯

1. 光學(xué)景深限制與痛點(diǎn)

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(shí)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(wú)法同時(shí)清晰成像。

2. 景深融合的兩種實(shí)現(xiàn)路徑

光學(xué)硬件融合（如徠卡 FusionOptics）：

通過(guò)雙光路獨(dú)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(jué)系統(tǒng)自動(dòng)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(duì)樣品進(jìn)行 Z 軸步進(jìn)掃描（如每 1μm 拍攝 1 張），通過(guò)算法（如最大對(duì)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(diǎn)合成（Focus Stacking）技術(shù)。

二、景深融合的實(shí)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(dú)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(wú)需額外軟件，目鏡直接觀察融合圖像，或通過(guò)三目鏡輸出至相機(jī)。

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(dòng)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(zhǎng)：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(kuò) 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(duì)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(shì)

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(chóng)復(fù)眼表面與內(nèi)部神經(jīng)元同時(shí)清晰）

效率需手動(dòng)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(shí)間

量化分析難以測(cè)量跨深度結(jié)構(gòu)支持 3D 尺寸測(cè)量（如芯片焊點(diǎn)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(wú)需切片，直接觀察

四、典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. 材料科學(xué)與工業(yè)檢測(cè)

金屬焊接質(zhì)量：景深融合觀察焊點(diǎn)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(dòng)化瑕疵檢測(cè)（AI 識(shí)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(zhǎng)區(qū)同時(shí)清晰），測(cè)量根毛長(zhǎng)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(rùn)深度。

3. 微納制造與半導(dǎo)體

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

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

五、主流品牌技術(shù)方案對(duì)比

品牌技術(shù)名稱(chēng)核心特點(diǎn)適用場(chǎng)景

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

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(shí)時(shí)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(cè)

六、操作注意事項(xiàng)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(guò)度染色（如蘇木精染色過(guò)深會(huì)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(shí)，Z 軸步長(zhǎng)≤1/2 景深（如 10× 物鏡景深 20μm，步長(zhǎng)設(shè)為 10μm）；

光強(qiáng)設(shè)置為 50%-70%（強(qiáng)光會(huì)導(dǎo)致邊緣過(guò)曝，影響融合精度）。

偽影排除：

運(yùn)動(dòng)樣品（如活蟲(chóng)）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(guò)調(diào)整 “平滑度” 參數(shù)改善。

七、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

AI 驅(qū)動(dòng)融合：引入深度學(xué)習(xí)（如 U-Net 網(wǎng)絡(luò)）預(yù)測(cè)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(shí)時(shí)三維融合：結(jié)合光場(chǎng)顯微技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)樣品（如跳動(dòng)的昆蟲(chóng)心臟）的全景深實(shí)時(shí)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(chǎng)檢測(cè)（如礦石成分快速分析）。

通過(guò)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(jí)為 “全維度解析”，尤其在需要同時(shí)兼顧宏觀結(jié)構(gòu)與微觀細(xì)節(jié)的場(chǎng)景中，成為科研與工業(yè)質(zhì)量控制的關(guān)鍵工具。