CN106841137B - 单曝光下多色荧光成像的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单曝光下多色荧光成像的方法和系统，该方法包括：将荧光样本通过物镜在像平面上进行放大，以在所述物镜的焦平面上获得第一实像；在所述物镜的焦平面上设置反射镜，并通过4f系统和设置在所述4f系统中光栅将所述第一实像进行光谱分离；通过采集装置获取光谱离后的图像；其中，所述反射镜设置在所述4f系统的前焦平面上，所述光栅设置在所述4f系统中间的焦平面上。本发明具有如下优点：提升了多光谱荧光显微技术中的成像速率。
Description
技术领域
本发明涉及计算摄像领域，特别涉及一种单曝光下多色荧光成像的方法和系统。
背景技术
荧光显微技术在生命科学领域中有着广泛的应用。比如研究某种生命结构的转移特性时，通常需要对其植入某种荧光蛋白，对其进行追踪。同时，生命结构自身荧光的变化也在某种程度上能够体现生命体性质的变化。因此，对荧光显微技术的研究将能够大大推动生命科学的发展。
当前的荧光显微技术主要包含共聚焦荧光显微、双光子荧光显微等，其都是使用特定的激光对样本集进行荧光激发，在采集端使用相机传感器收集荧光信号。在许多研究领域，比如拉曼光谱的研究中，谱线的分裂将能够体现出物质的特性，因此，对荧光信号进行光谱分离，进行多光谱成像有着很深的研究意义。
目前的多光谱显微技术主要的缺点为会牺牲空间分辨率和时间分辨率。对此可以每次在传感器前添加不同的窄带滤波片进行采集，这种方法会增加采集时间，并且难以获得较高的光谱分辨率。对此开可以对相机像素进行分组，并使用光栅分光，但是这种技术在获得光谱分辨率的同时，以同样的倍数降低了空间分辨率。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种单曝光下多色荧光成像的方法，以提升多光谱荧光显微技术中的成像速率。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种单曝光下多色荧光成像的方法，包括以下步骤：S1：将荧光样本通过物镜在像平面上进行放大，以在所述物镜的焦平面上获得第一实像；S2：在所述物镜的焦平面上设置反射镜，并通过4f系统和设置在所述4f系统中光栅将所述第一实像进行分离；S3：通过采集装置获取分离后的图像；其中，所述反射镜设置在所述4f系统的前焦平面上，所述光栅设置在所述4f系统中间的焦平面上。
进一步地，所述光栅通过对不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，以实现分光。
进一步地，所述采集装置通过卷积算法实现光谱的分离。
根据本发明实施例的单曝光下多色荧光成像的方法，在普通的荧光显微镜结构的物镜的后级添加一个4f系统，在中间使用光栅进行光谱分离，同时在傅里叶域上进行调制。最后使用解卷积算法在传感器到的图片上进行光谱分离，该方法提升了多光谱荧光显微技术中的成像速率。
本发明的另一个目的在于提出一种单曝光下多色荧光成像的系统，以提升多光谱荧光显微技术中的成像速率。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种使用单曝光下多色荧光成像的系统，包括：物镜，用于对荧光样本进行放大，以在所述物镜的焦平面上获得第一实像；反射镜，设置在所述物镜的焦平面上；4f系统和光栅，所述反射镜设置在所述4f系统的前焦平面上，所述光栅设置在所述4f系统中间的焦平面上，所述4f系统和光栅用于对将所述第一实像进行分离；采集装置，用于获取分离后的图像。
进一步地，所述光栅通过对不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，以实现分光。
进一步地，所述采集装置通过卷积算法实现光谱的分离。
根据本发明实施例的单曝光下多色荧光成像的系统，在普通的荧光显微镜结构的物镜的后级添加一个4f系统，在中间使用光栅进行光谱分离，同时在傅里叶域上进行调制。最后使用解卷积算法在传感器得到的图片上进行光谱分离，该系统提升了多光谱荧光显微技术中的成像速率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例的单曝光下多色荧光成像的方法的流程图；
图2是本发明一个实施例的多光谱成像系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述本发明。
图1是本发明一个实施例的使用单曝光下多色荧光成像的方法的流程图。如图1所示，根据本发明实施例的单曝光下多色荧光成像的方法，包括以下步骤：
S1：将荧光样本通过物镜在像平面上进行放大，以在物镜的焦平面上获得第一实像；
S2：在物镜的焦平面上设置反射镜，并通过4f系统和设置在4f系统中光栅将第一实像进行分离；
S3：通过采集装置获取分离后的图像；
其中，反射镜设置在4f系统的前焦平面上，光栅设置在4f系统中间的焦平面上。
在本发明的一个实施例中，光栅通过对不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，以实现分光。
在本发明的一个实施例中，采集装置通过卷积算法实现光谱的分离。
图2是本发明一个实施例的多光谱成像系统的结构示意图。如图2所示，在本发明的一个示例中，与普通显微技术相似，荧光样本1先经过物镜2像平面上进行放大，焦平面上的样本将形成一个清晰的实像，反射镜3好处在4f系统4前焦平面上。
上述的实像经过光栅调制的4f系统4，根据傅里叶光学中的原理，4f系统4中间的焦平面为物体经过低通滤波后的傅里叶域信息。而光栅5放在此位置，会使得不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，并汇聚于像平面不同的点。这个过程等价于在傅里叶域的x方向乘以一个相位因子，不同波长的相位因子不同。
由于傅里叶域不同的相位因子，会导致不同波长的点扩散函数不同。而像的信息等于物的信息于点扩散函数进行卷积。在采集端，通过相机传感器6获得了像函数以及不同波长特定的PSF，使用解卷积算法就可以实现光谱的分离。实现多光谱成像。
根据本发明实施例的单曝光下多色荧光成像的方法，在普通的荧光显微镜结构的物镜的后级添加一个4f系统，在中间使用光栅进行光谱分离，同时在傅里叶域上进行调制。最后使用解卷积算法在传感器到的图片上进行光谱分离，该方法提升了多光谱荧光显微技术中的成像速率。
本发明的还公开了一种单曝光下多色荧光成像的系统，包括：物镜、反射镜、4f系统、光栅和采集装置。其中，物镜用于对荧光样本进行放大，以在物镜的焦平面上获得第一实像。反射镜设置在物镜的焦平面上。反射镜设置在4f系统的前焦平面上，光栅设置在4f系统中间的焦平面上，4f系统和光栅用于对将第一实像进行分离。采集装置用于获取分离后的图像。
在本发明的一个实施例中，光栅通过对不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，以实现分光。
在本发明的一个实施例中，采集装置通过卷积算法实现光谱的分离。
根据本发明实施例的单曝光下多色荧光成像的系统，在普通的荧光显微镜结构的物镜的后级添加一个4f系统，在中间使用光栅进行光谱分离，同时在傅里叶域上进行调制。最后使用解卷积算法在传感器得到的图片上进行光谱分离，该系统提升了多光谱荧光显微技术中的成像速率。
另外，本发明实施例的使用单曝光下多色荧光成像的方法和系统的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。
Claims (4)
1.一种单曝光下多色荧光成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将荧光样本通过物镜在像平面上进行放大，以在所述物镜的焦平面上获得第一实像；
S2：在所述物镜的焦平面上设置反射镜，并通过4f系统和设置在所述4f系统中光栅将所述第一实像进行分离；
S3：通过采集装置获取分离后的图像，所述采集装置通过卷积算法实现光谱的分离；
其中，所述反射镜设置在所述4f系统的前焦平面上，所述光栅设置在所述4f系统中间的焦平面上，所述4f系统中间的焦平面为物体经过低通滤波后的傅里叶域信息。
2.根据权利要求1所述的单曝光下多色荧光成像的方法，其特征在于，所述光栅通过对不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，以实现分光。
3.一种单曝光下多色荧光成像的系统，其特征在于，包括：
物镜，用于对荧光样本进行放大，以在所述物镜的焦平面上获得第一实像；
反射镜，设置在所述物镜的焦平面上；
4f系统和光栅，所述反射镜设置在所述4f系统的前焦平面上，所述光栅设置在所述4f系统中间的焦平面上，所述4f系统和光栅用于对将所述第一实像进行分离，所述4f系统中间的焦平面为物体经过低通滤波后的傅里叶域信息；
采集装置，用于获取分离后的图像，所述采集装置通过卷积算法实现光谱的分离。
4.根据权利要求3所述的单曝光下多色荧光成像的系统，其特征在于，所述光栅通过对不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，以实现分光。
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