體視顯微鏡的景深融合技術是通過光學設計或軟件算法，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，廣泛應用于材料、生物、工業檢測等領域。以下從原理、實現方式、優勢及應用場景展開說明：

一、技術原理與核心邏輯

1. 光學景深限制與痛點

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

2. 景深融合的兩種實現路徑

光學硬件融合（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，利用人腦視覺系統自動融合為兼具細節與景深的 3D 影像。

數字圖像融合（軟件算法）：

對樣品進行 Z 軸步進掃描（如每 1μm 拍攝 1 張），通過算法（如最大對比度、加權平均）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。

二、景深融合的實現方式與操作流程

1. 光學硬件融合（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）合成光學系統。

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（旋轉光路選擇旋鈕）；

調節粗調焦至樣品大致清晰，細調焦優化局部細節，系統自動融合雙光路信息。

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

掃描參數設置：

Z 軸步長：0.5-2μm（根據樣品厚度，如 50μm 厚組織設為 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 格式保留原始數據）。

三、景深融合的技術優勢

維度傳統體視觀察景深融合技術

清晰度單一焦平面清晰，其他模糊全深度結構銳利（如昆蟲復眼表面與內部神經元同時清晰）

效率需手動調焦逐區域觀察一次成像覆蓋全景深，節省 90% 調焦時間

量化分析難以測量跨深度結構支持 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、典型應用場景

1. 材料科學與工業檢測

金屬焊接質量：景深融合觀察焊點橫截面的氣孔、裂紋（傳統觀察需多次調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，用于自動化瑕疵檢測（AI 識別效率提升 40%）。

2. 生物學與醫學研究

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

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

3. 微納制造與半導體

MEMS 器件：微機電系統（如加速度計）的懸臂梁結構與底部電極同時清晰成像，測量間隙尺寸（精度達 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、主流品牌技術方案對比

品牌技術名稱核心特點適用場景

徠卡（Leica）FusionOptics光學實時融合，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，支持自定義參數材料分析、科研成像

蔡司（Zeiss）ApoTome.2 for Stereo結合光闌切片，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 秒內出圖高通量篩選、工業在線檢測

六、操作注意事項與優化技巧

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，影響下層結構成像）。

參數優化：

數字融合時，Z 軸步長≤1/2 景深（如 10× 物鏡景深 20μm，步長設為 10μm）；

光強設置為 50%-70%（強光會導致邊緣過曝，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致重影；

軟件融合后檢查邊緣是否有 “鋸齒"，可通過調整 “平滑度" 參數改善。

七、未來發展趨勢

AI 驅動融合：引入深度學習（如 U-Net 網絡）預測最佳焦平面，減少掃描層數（速度提升 3 倍），典型如賽默飛的 AI Focus 軟件。

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

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

通過景深融合技術，體視顯微鏡突破了傳統光學限制，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構與微觀細節的場景中，成為科研與工業質量控制的關鍵工具。