CN108169133B - 线扫描稀疏采样双光子成像方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线扫描稀疏采样双光子成像方法及装置，其中方法包括：将光脉冲经过色散器件，以生成不同频率子光束；将不同频率子光束中每个子光束经过光调制器施加不同相位，改变光脉冲的群速度色散；将不同频率子光束重新汇聚，并通过连续不断改变群速度色散实现聚焦面的扫描；采集具有一定稀疏性的图像数据，并通过调制解耦修补算法进行复原，以获取成像图像。该方法能够在保证原有视场大小的情况下，突破相机采样速度的硬件限制，获得更高的、满足观测生理现象需求的三维快速成像能力，从而有效提高成像的可靠性，简单易实现。
Description
技术领域
本发明涉及显微成像技术领域，特别涉及一种线扫描稀疏采样双光子成像方法及装置。
背景技术
线扫描是简单易行的，并且容易扩展。常用的扫描方式有栅格扫描、优化路径扫描和螺旋线扫描，在常使用的实现线扫描的工具中，声光偏转器能够实现的扫描速度远远超过振镜，因为前者能够克服后者因为机械振动惯性所带来的影响。理论上线扫描和点扫描是同一轴向分辨率，但是由于光束沿着一个空间轴聚焦，这降低了系统的轴向分辨率。采用沿着一个空间维度和一个时间维度聚焦激励脉冲的方法，能够综合点扫描的高轴向分辨率和线扫描的简单性。
针对神经细胞的实时显微成像，有时需要观察动作速度非常快的生理活动，如：在毫秒级别的动作电位传播过程。目前许多用于神经科学的快速光学成像方法，其系统通常不允许深层组织的三维高速成像。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种线扫描稀疏采样双光子成像方法，该方法可以有效提高成像的可靠性，简单易实现。
本发明的另一个目的在于提出一种线扫描稀疏采样双光子成像装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种线扫描稀疏采样双光子成像方法，包括以下步骤：将光脉冲经过色散器件，以生成不同频率子光束；将所述不同频率子光束中每个子光束经过光调制器施加不同相位，改变光脉冲的群速度色散；将所述不同频率子光束重新汇聚，并通过连续不断改变所述群速度色散实现聚焦面的扫描；采集具有一定稀疏性的图像数据，并通过调制解耦修补算法进行复原，以获取成像图像。
本发明实施例的线扫描稀疏采样双光子成像方法，能够在保证原有视场大小的情况下，突破相机采样速度的硬件限制，获得更高的、满足观测生理现象需求的三维快速成像能力，从而有效提高成像的可靠性，简单易实现。
另外，根据本发明上述实施例的线扫描稀疏采样双光子成像方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，在样本平面共轭的衍射光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，使得不同的频率以不同的角度向目标焦平面传播，时空耦合效应导致时间脉冲在焦平面上方和下方扩散，而只在有效的焦平面局部区域达到峰值功率照明实现多光子激发。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过稀疏采样结构光照明和交织线扫时空域上复用后解耦提高扫描成像速度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，光路通过4F系统扩束后经柱透镜形成线扫，所述光栅把所述不同的光谱频率由所述一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，先后通过透镜和物镜后重新会聚于物像平面，其中，所述振镜实现激发光束的横向扫描，并提供编码的结构光照明模式，以及CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)采集探测到的物像平面信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在获取成像图像时，进一步包括：使用任意维度数据集适用性的修补算法执行未采样像素的修补，所述修补算法基于三维离散余弦变换以使用时域和空域上的信息来修补缺失的数据。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种线扫描稀疏采样双光子成像装置，包括：生成模块，用于将光脉冲经过色散器件，以生成不同频率子光束；改变模块，用于将所述不同频率子光束中每个子光束经过光调制器施加不同相位，改变光脉冲的群速度色散；扫描模块，用于将所述不同频率子光束重新汇聚，并通过连续不断改变所述群速度色散实现聚焦面的扫描；处理模块，用于采集具有一定稀疏性的图像数据，并通过调制解耦修补算法进行复原，以获取成像图像。
本发明实施例的线扫描稀疏采样双光子成像装置，能够在保证原有视场大小的情况下，突破相机采样速度的硬件限制，获得更高的、满足观测生理现象需求的三维快速成像能力，从而有效提高成像的可靠性，简单易实现。
另外，根据本发明上述实施例的线扫描稀疏采样双光子成像装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，在样本平面共轭的衍射光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，使得不同的频率以不同的角度向目标焦平面传播，时空耦合效应导致时间脉冲在焦平面上方和下方扩散，而只在有效的焦平面局部区域达到峰值功率照明实现多光子激发。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过稀疏采样结构光照明和交织线扫时空域上复用后解耦提高扫描成像速度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，光路通过4F系统扩束后经柱透镜形成线扫，所述光栅把所述不同的光谱频率由所述一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，先后通过透镜和物镜后重新会聚于物像平面，其中，所述振镜实现激发光束的横向扫描，并提供编码的结构光照明模式，以及CCD采集探测到的物像平面信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述处理模块还用于使用任意维度数据集适用性的修补算法执行未采样像素的修补，所述修补算法基于三维离散余弦变换以使用时域和空域上的信息来修补缺失的数据。
本发明附加的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
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的线扫描稀疏采样双光子成像方法的流程图；
图2为根据本发明一个具体实施例的线扫描稀疏采样双光子成像方法的流程图；
图3为根据本发明一个实施例的稀疏交织扫描装置的结构示意图；
图4为根据本发明一个实施例的高速扫描成像显微装置的结构示意图；
图5为根据本发明一个实施例的优化重建算法流程图；
图6为根据本发明一个实施例的线扫描稀疏采样双光子成像装置的结构是示意图。
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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在介绍线扫描稀疏采样双光子成像方法及装置之前，先简单介绍一下多光子成像、时空聚焦非线性显微镜和轨迹扫描。
多光子成像相对于单光子成像而言，(1)长波长的光比短波长的光受散射影响较小，具有更深的穿透能力，并且光毒性更小；(2)焦平面外的荧光不受激发，因此信噪比更高，更有利于活体下微弱荧光信号的观察。利用好活体双光子显微镜将对研究人员在脑科学等多个前沿领域内进行更深入的研究提供帮助。
时空聚焦非线性显微镜采用面激发时，能够显著提高成像速度，但是面激发的分辨率会受到限制，而线激发能保证成像速度高于点扫描的同时，分辨率也和点扫描相当。时空聚焦非线性显微镜可以改善宽视场和线扫描成像的轴向激发限制。时空聚焦的实现在应用中具有优势，当时空聚焦应用于多光子成像系统中时，一方面能够扩大激荧光发成像面积，相比于点扫描系统具有更高的成像速率，另一方面可以提高聚焦面上的信噪比，更有效地抑制背景荧光。
另外，通常的轨迹扫描有栅格扫描、优化路径扫描和螺旋线扫描。单次扫描路径变长时，采集到的有效信息数量多，但会限制图像的成像速度。用于采样像素的轨迹的特定选择会对稀疏采样执行后图像重建的效果产生深远的影响。高速体成像的瓶颈可以通过最大化稀疏采样获得的每个测量的固有信息内容来减小数量级，而不是最大化所获得的数据的绝对体积。使用任意维度数据集适用性的修补算法来执行未采样像素的修补，该算法基于三维离散余弦变换，准确地使用时域和空域上的信息来修补缺失的数据。该算法用在地球观测卫星中，能够高精度地修复全球土壤湿度图。在时空聚焦光学显微镜系统中，本发明实施例通过改变平滑度参数来重建图像，高精度地填补缺失数据。
正是基于上述原因，本发明实施例提出了一种线扫描稀疏采样双光子成像方法及装置。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的线扫描稀疏采样双光子成像方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的线扫描稀疏采样双光子成像方法。
图1是本发明一个实施例的线扫描稀疏采样双光子成像方法的流程图。
如图1所示，该线扫描稀疏采样双光子成像方法包括以下步骤：
在步骤S101中，将光脉冲经过色散器件，以生成不同频率子光束。
也就是说，如图2所示，本发明实施例可以将光脉冲经过色散器件，从而形成不同频率子光束。
在步骤S102中，将不同频率子光束中每个子光束经过光调制器施加不同相位，改变光脉冲的群速度色散。
也就是说，如图2所示，本发明实施例可以将每个子光束经过光调制器件施加不同相位改变光脉冲的群速度色散。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在样本平面共轭的衍射光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，使得不同的频率以不同的角度向目标焦平面传播，时空耦合效应导致时间脉冲在焦平面上方和下方扩散，而只在有效的焦平面局部区域达到峰值功率照明实现多光子激发。
可以理解的是，实施时空聚焦的方法是：在样本平面共轭的衍射光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散。因此，不同的频率以不同的角度向目标焦平面传播，时空耦合效应导致时间脉冲在焦平面上方和下方扩散，而只在有效的焦平面局部区域达到峰值功率照明实现多光子激发。
在步骤S103中，将不同频率子光束重新汇聚，并通过连续不断改变群速度色散实现聚焦面的扫描。
也就是说，本发明实施例可以将子光束重新会聚，并通过连续不断改变群速度色散实现聚焦面的扫描。
进一步地，在本发明的一个实施例中，光路通过4F系统扩束后经柱透镜形成线扫，光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，先后通过透镜和物镜后重新会聚于物像平面，其中，振镜实现激发光束的横向扫描，并提供编码的结构光照明模式，以及CCD采集探测到的物像平面信号。
举例而言，如图3所示，系统光路搭建的具体参数是：激光脉冲小于100fs，重频80MHz，单个脉冲能量36nJ，激光波长λ＝800nm。光路调节：光路通过4F系统扩束后经柱透镜形成线扫。光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，先后通过透镜和物镜后重新会聚于物像平面。振镜实现激发光束的横向扫描，并提供编码的结构光照明模式。最后，CCD采集探测到的物像平面信号。从而可以在在物平面中产生非扫描轴为80μm，扫描轴为120μm的视场。每个脉冲的总照明能量为0.15nJ，对应于每像素2pJ的能量。这种尺寸的视场下可以产生视频速率双光子激励荧光图像近100,000个有效像素和1.5毫米的轴向分辨率。
另外，如图4所示，激光源与图3系统中使用的激光源相同，并且物镜与探测端也不改变。L1与L2两个透镜组成一个用于扩束的4F系统，同样通过柱透镜形成激发光束。使用光栅把光脉冲的不同频率向不同方向扩散，再经由透镜L3和物镜重新聚焦。为实现更高的采样速率，图4实验系统与图3的不同之处在于使用了AOD(Acousto Optical Deflectors，声光偏转器)把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，并实现成像平面的横向扫描和编码结构光照明。
在步骤S104中，采集具有一定稀疏性的图像数据，并通过调制解耦修补算法进行复原，以获取成像图像。
也就是说，如图2所示，本发明实施例可以通过采集具有一定稀疏性的图像数据，并通过调制解耦修补算法进行复原。
在本发明的一个实施例中，在获取成像图像时，进一步包括：使用任意维度数据集适用性的修补算法执行未采样像素的修补，修补算法基于三维离散余弦变换以使用时域和空域上的信息来修补缺失的数据。
具体地，如图5所示，使用任意维度数据集适用性的修补算法来执行未采样像素的修补，该算法基于DCT(DCT for Discrete Cosine Transform，三维离散余弦变换)，准确地使用时域和空域上的信息来修补缺失的数据。算法能实现自动鲁棒平滑，图中描述的主要变量名称和缩写词是：DCT——离散余弦变换；IDCT——离散余弦变换的逆变换；
——修复信号；Y——原始信号；GCV(Generalized Cross Validation，广义交叉验证)——广义交叉验证。当需要鲁棒的参数(鲁棒性)时，在第一个迭代步骤中最小化GCV核，并在接下来的步骤中使用最后的估计平滑参数s。这会使算法更快，且不会明显改变最终结果。
可选地，在本发明的一个实施例中，通过稀疏采样结构光照明和交织线扫描时空域上复用后解耦提高扫描成像速度。
也就是说，本发明实施例使用的双光子成像仪器将激发光源聚焦到线上，产生扫描线扫描用于图像生成的视场上的线。对于线扫描双光子显微成像而言，欲实现高速显微成像，一种思路是采用稀疏采样结构光照明的方法和交织线扫时空域上复用后解耦的方法解决线扫描成像速度慢无法满足快速三维成像与观测的问题。采用交织线扫描，在时空域上进行修补，采用时间解耦的方法重建图像。通过使用定量函数来分析不同采样方式的重建误差，进行比较。误差为使用新的稀疏采样扫描方法与传统扫描方式获得的图像之间的不一致性。
具体地，本发明实施例通过使用“有效帧速率-均方根误差”函数来定量分析不同采样方式的重建误差比较。误差为使用新的稀疏采样扫描方法与传统扫描方式获得的图像之间的不一致性。在此基础上做一个初步计算，在间隔线扫描中，假设每隔19排像素行做一次线采样，每一个时刻的成像速度理论上为5ms，即能够以5ms/帧的速度对样品进行采用(具体间隔时间可根据实际情况选定)。若采用高速线扫描显微镜(如图4所示)，成像速度将低于1ms/帧。
可以理解的是，线扫描双光子显微成像采用稀疏采样结构光照明的方法和交织线扫时空域上复用后解耦的方法，解决线扫描成像速度慢无法满足对生物样本进行实时三维观测的问题，突破相机采样速度的硬件限制，获得更高的三维快速成像能力。
需要说明是，稀疏采样利用图像中的高信息冗余，如：图像空域上的信息冗余和视频时域上的信息冗余，使得许多基本信息内容可以通过图像压缩被映射到小得多的基础集合中。类似地，全部图像通常可以从基于该固有冗余的像素的相对小的子采样中重建，其中结果随着所使用的重构算法的质量和采样的像素或体素的信噪比而显着变化。
在多光子成像仪器系统中，可以在在物平面中产生由非扫描轴和扫描轴组成的视场，非扫描轴平行于激发光源聚焦到的线，扫描轴与非扫描轴正交于成像平面上。每个脉冲的总照明能量分散到成像后对应的每像素的能量，在视场下可以产生一定帧速的双光子激发荧光图像，具有高的轴向分辨率。时空聚焦的实现首先要使用与样本平面共轭的衍射光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散。因此，不同的频率以不同的角度向目标焦平面传播，时空耦合效应导致时间脉冲在焦平面上方和下方扩散，而只在有效的焦平面局部区域达到峰值功率照明实现多光子激发，改善了宽视场和线扫描成像的轴向激发限制。
综上，本发明实施例的主要优势是其实验简单性和与使用光束扫描仪器执行的多光子荧光和非线性光学显微镜的直接兼容性。线扫描简单易行，并且容易扩展。成像系统结合了光束扫描显微术的测量优点和实验简单性。
根据本发明实施例提出的线扫描稀疏采样双光子成像方法，能够在保证原有视场大小的情况下，突破相机采样速度的硬件限制，获得更高的、满足观测生理现象需求的三维快速成像能力，从而有效提高成像的可靠性，简单易实现。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的线扫描稀疏采样双光子成像装置。
图6是本发明一个实施例的线扫描稀疏采样双光子成像装置的结构示意图。
如图6所示，该线扫描稀疏采样双光子成像装置10包括：生成模块100、改变模块200、扫描模块300和处理模块400。
其中，生成模块100用于将光脉冲经过色散器件，以生成不同频率子光束。改变模块200用于将不同频率子光束中每个子光束经过光调制器施加不同相位，改变光脉冲的群速度色散。扫描模块300用于将不同频率子光束重新汇聚，并通过连续不断改变群速度色散实现聚焦面的扫描。处理模块400用于采集具有一定稀疏性的图像数据，并通过调制解耦修补算法进行复原，以获取成像图像。本发明实施例的装置10能够在保证原有视场大小的情况下，突破相机采样速度的硬件限制，获得更高的、满足观测生理现象需求的三维快速成像能力，从而有效提高成像的可靠性，简单易实现。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在样本平面共轭的衍射光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，使得不同的频率以不同的角度向目标焦平面传播，时空耦合效应导致时间脉冲在焦平面上方和下方扩散，而只在有效的焦平面局部区域达到峰值功率照明实现多光子激发。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过稀疏采样结构光照明和交织线扫时空域上复用后解耦提高扫描成像速度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，光路通过4F系统扩束后经柱透镜形成线扫，光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，先后通过透镜和物镜后重新会聚于物像平面，其中，振镜实现激发光束的横向扫描，并提供编码的结构光照明模式，以及CCD采集探测到的物像平面信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，处理模块400还用于使用任意维度数据集适用性的修补算法执行未采样像素的修补，修补算法基于三维离散余弦变换以使用时域和空域上的信息来修补缺失的数据。
需要说明的是，前述对线扫描稀疏采样双光子成像方法实施例的解释说明也适用于该实施例的线扫描稀疏采样双光子成像装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的线扫描稀疏采样双光子成像装置，能够在保证原有视场大小的情况下，突破相机采样速度的硬件限制，获得更高的、满足观测生理现象需求的三维快速成像能力，从而有效提高成像的可靠性，简单易实现。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种线扫描稀疏采样双光子成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
将光脉冲经过色散器件，以生成不同频率子光束，其中，在样本平面共轭的衍射光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，使得不同频率子光束以不同的角度向目标焦平面传播，时空耦合效应导致时间脉冲在焦平面上方和下方扩散，而只在有效的焦平面局部区域达到峰值功率照明实现多光子激发；
将所述不同频率子光束中每个子光束经过光调制器施加不同相位，改变光脉冲的群速度色散；
将所述不同频率子光束重新汇聚，并通过连续不断改变所述群速度色散实现聚焦面的扫描；以及
采集具有一定稀疏性的图像数据，并通过调制解耦修补算法进行复原，以获取成像图像；
其中，光路通过4F系统扩束后经柱透镜形成线激发光束，线激发光束打到振镜上，由振镜实现激发光束的横向扫描，并提供编码的结构光照明模式；接下来，所述光栅把所述不同的光谱频率由所述一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，先后通过透镜和物镜后重新会聚于物像平面；
以及CCD采集探测到的物像平面信号。
2.根据权利要求1所述的线扫描稀疏采样双光子成像方法，其特征在于，通过稀疏采样结构光照明和交织线扫时空域上复用后解耦提高扫描成像速度。
3.根据权利要求1所述的线扫描稀疏采样双光子成像方法，其特征在于，在获取成像图像时，进一步包括：使用任意维度数据集适用性的修补算法执行未采样像素的修补，所述修补算法基于三维离散余弦变换以使用时域和空域上的信息来修补缺失的数据。
4.一种线扫描稀疏采样双光子成像装置，其特征在于，包括：
生成模块，用于将光脉冲经过色散器件，以生成不同频率子光束，其中，在样本平面共轭的衍射光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，使得不同频率子光束以不同的角度向目标焦平面传播，时空耦合效应导致时间脉冲在焦平面上方和下方扩散，而只在有效的焦平面局部区域达到峰值功率照明实现多光子激发；
改变模块，用于将所述不同频率子光束中每个子光束经过光调制器施加不同相位，改变光脉冲的群速度色散；
扫描模块，用于将所述不同频率子光束重新汇聚，并通过连续不断改变所述群速度色散实现聚焦面的扫描；以及
处理模块，用于采集具有一定稀疏性的图像数据，并通过调制解耦修补算法进行复原，以获取成像图像；
其中，光路通过4F系统扩束后经柱透镜形成线激发光束，线激发光束打到振镜上，由振镜实现激发光束的横向扫描，并提供编码的结构光照明模式；接下来，所述光栅把所述不同的光谱频率由所述一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，先后通过透镜和物镜后重新会聚于物像平面；
以及CCD采集探测到的物像平面信号。
5.根据权利要求4所述的线扫描稀疏采样双光子成像装置，其特征在于，通过稀疏采样结构光照明和交织线扫时空域上复用后解耦提高扫描成像速度。
6.根据权利要求4所述的线扫描稀疏采样双光子成像装置，其特征在于，所述处理模块还用于使用任意维度数据集适用性的修补算法执行未采样像素的修补，所述修补算法基于三维离散余弦变换以使用时域和空域上的信息来修补缺失的数据。
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