CN109557652A - 一种共焦扫面显微镜光源调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共焦扫面显微镜光源调制方法，包括如下步骤：在图像窗口取扫描窗口中间的线性部分的步骤；根据快速共振扫描镜窗口及图像采集窗口，通过利用电子硬件产生一个调制信号来实现对成像光源的实时打开或关闭。采用本发明，通过调制在快速扫描方向上的光源功率，实现光源辐射量在生物样本表面达到线性分布的要求，同时，在未采样数据的扫面区域关闭光源，从而实现样本表面的光辐射量最小化的目的。
Description
技术领域
本发明涉及共聚焦扫描光学成像仪器技术，尤其涉及一种共焦扫面显微镜光源调制方法，能够用于对生物样本(如皮肤、眼底等生物组织，可简称为“样本”)进行二维扫描，得到生物样本的高清晰二维图像。
背景技术
共焦扫面显微成像光学系统，通常使用一个快速共振扫描反射镜和在正交方向上使用一个慢速线性扫描反射镜，进行样本的二纬扫描来获取样本的二维图像。
图1A显示了一个典型的扫描镜工作方式。如图1A所示，快速共振镜11以正弦方式不间断连续地在第一方向扫描样本，其中任何一个正弦扫描周期可以分解为正向扫描111和逆向扫描112。快速共振镜11的正弦曲线的振幅直接决定了快速扫描方向的光学视场大小。
快速共振镜11每扫描一个周期，慢速线性扫描镜12在第二方向快速共振镜正交(90°)的方向，位移增加一步121。慢速线性扫描镜正向扫描121 的步数以及步子尺寸，直接决定了慢速扫描方向的光学视场大小。
慢速线性扫描镜根据系统设置完成正向扫描121之后，接着完成逆向扫描122。逆向扫描122的步子经常比正向扫描121的步子大，以便慢速线性扫描镜可以快速返回原始位置开始新的一帧图像。这种情况下，成像系统的数据采集模块经常仅仅采样来自正向扫描121的数据。
慢速线性扫描镜正向扫描121和逆向扫描122的步子和步数也可以一样大，这种情况下，成像系统的数据采集模块采样所有来自正向慢速扫描121 和逆向扫描122的数据。
图1B显示了另一个典型的扫描镜工作方式。如图1B所示，类似于传统的电视系统中的图像交织工作模式。快速共振镜11以正弦方式不间断连续在第一方向扫描样本，其中任何一个正弦扫描周期可以分解为正向扫描 111和逆向扫描112。图像的奇数行来自快速共振镜的正向扫描111，图像的偶数行来自快速共振镜的逆向扫描112。快速共振镜11正弦曲线的振幅直接决定了快速扫描方向的光学视场大小。
快速共振镜11每扫描半个周期，慢速线性扫描镜12在第二方向与快速共振镜正交(90°)的方向，位移增加一步121。慢速线性扫描镜正向扫描 121的步数以及步子尺寸，直接决定了慢速扫描方向的光学视场大小。
慢速线性扫描镜根据系统设置完成正向扫描121之后，接着完成逆向扫描122。逆向扫描122的步子经常比正向扫描121的步子大，以便慢速线性扫描镜可以快速返回原始位置开始新的一帧图像。这种情况下，成像系统的数据采集模块经常仅仅采样来自正向扫描121的数据。
慢速线性扫描镜正向扫描121和逆向扫描122的步子和步数也可以一样大，成像系统的数据采集模块采样所有来自慢速镜正向扫描121和逆向扫描 122的数据。
图1A与图1B的快速共振镜11每扫描一个完整周期，相应的电子部件实时输出一个的行同步时钟信号(H-Sync)。图1A与图1B的慢速线性扫描镜12每扫描一个完整周期，相应的电子部件实时输出一个场同步时钟信号(V-Sync)。
行同步时钟信号(H-Sync)和场同步时钟信号(V-Sync)通常用作成像系统数据采集模的同步输入信号，对模拟信号的图像进行数字化。
快速共振镜的运动轨迹通常可以用公式(1)的时空关系来表述。
x(t)＝A－A·cos(ωt) (1)
这里，A是快速共振镜的振幅，ω是快速共振镜的角速度，t是时间变量， x(t)是快速共振镜的扫描空间位置。
公式(1)的时空关系可以进一步用图2A的余弦曲线10来表达。余弦曲线10显示了一个快速共振镜的完整周期，包括正向扫描窗口11和逆向扫描窗口12。
在扫描窗口的两边侧位置，快速共振镜的运动速率降低并出现数学上的拐点，由于图像的过度拉伸扭曲，图像系统的数据采集模块经常把两侧的数据截掉或者放弃采样这两侧的数据，而仅仅采样余弦曲线中间比较线性的那部分，如图2A中的111和121区域所示。111和121区域经常被定义为图像窗口或者采样窗口。
对公式(1)作数学上的差分可以得到：
Δx(t)＝Aω·sin(ωt)Δt (2)
从公式(2)可以得到Δx(t)和Δt的逆关系，
Δt(x)＝Δx/(Aω·sin(ωt)) (3)
假设用于照明样本的成像光源输出恒定功率P0(实际上成像光源输出功率是恒定的。光源输出功率的稳定性是衡量一个光源性能是否优秀的一个重要指标)，那么被扫描样本的单位空间尺寸接收到的辐射量为：
ΔI(x)＝P0Δt(x)＝P0Δx/(Aω·sin(ωt)) (4)
将公式(4)改写成微分形势得到：
图2B显示了归一化后的公式(5)。图中省略了最左侧和最右侧的1％空间位置，这两部分可以被认为是样本接收脉冲光源－在极短的时间内接收极高的辐射量。但是，即便仅仅考虑图中99％部分的扫描空间，图2B中所示，样本两侧11、12接收的辐射量是正中间10的7倍以上。
在活体样本(如活体动物视网膜)的成像过程中，需要严格控制成像光源照射样本的剂量。成像光源，尤其是可见光激光以及紫外波段，光毒比红外光大，严格控制激光剂量可以保证活体样本始终在安全的辐射范围内。共焦扫描光学成像仪器在应用之前需要计算活体样本能够接受的辐射负荷以保证活体样本的安全。
如上所述，图2B中样本两侧11、12区域接收的光剂量是中间部分10 的7倍以上。光毒的计算需要考虑最不安全的照射区域，也就是7倍剂量的两端区域11、12。这个问题导致的结果是，为得到足够好的样本图像信号，样本两侧比样本中间必须接收7倍多的光剂量。如果仅仅用1/7的剂量保证样本两侧的图像有足够好的信噪比，那么样本中间必然欠曝光导致图像质量达不到指定的要求。快速共振镜的非线性扫描机制导致如图2B所示的非线性结果。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种共焦扫面显微镜光源调制方法，通过调制在快速扫描方向上的光源功率，实现光源辐射量在样本表面达到线性分布的要求，同时，在未采样数据的扫面区域关闭光源，以使达到样本表面的光辐射量最小化。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种共焦扫面显微镜光源调制方法，包括如下步骤：
在图像窗口取扫描窗口中间的线性部分的步骤；
根据快速共振扫描镜窗口及图像采集窗口，通过利用电子硬件产生一个调制信号来实现对成像光源的实时打开或关闭。
其中，所述电子硬件为现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP 或其它能够产生调制信号的电子元器件。
所述成像光源为超发光二极管SLD。
所述的调制信号为晶体管-晶体管逻辑电路TTL信号、互补金属氧化物半导体CMOS信号或低电压差分LVDS信号
根据所述调制信号，数据采集模块得到正向扫描和逆向扫描的图像数据、或仅得到正向扫描的图像数据，或仅得到逆向扫描的图像数据。
根据光源输入调制信号的参数，所述的调制信号在高电平时关闭光源，低电平时打开光源。
本发明的共焦扫面显微镜光源调制方法，具有如下有益效果：
利用该共焦扫面显微镜光源调制方法，对使用一个快速共振扫描反射镜，和在正交方向使用一个慢速线性扫描反射镜的共焦扫面显微成像系统进行光源调制，进行生物样本的二纬扫描以获取样本的二维图像。由于快速共振扫描反射镜的正弦运动轨迹导致在快速扫描方向光源落到样本的辐射量呈非线性分布；而慢速线性扫描反射镜的工作方式又会导致图像采集模块没有采集所有来自慢速扫描的图像。本发明的调制方法通过调制在快速扫描方向上的光源功率，实现光源辐射量在样本表面达到线性分布，同时，在没有采样数据的扫描区域，通过关闭光源的方式，以使达到降低样本表面的光辐射量，进而实现使样本光辐射量达到最小化的目的。
附图说明
图1A为在非交织的模式下，SLO快速共振扫描镜和慢速线性扫描镜工作方式示意图(快速共振镜每扫描一个周期，慢速镜线性增加一步)；
图1B为在交织的模式下，SLO快速共振扫描镜和慢速线性扫描镜工作方式示意图(快速共振镜每扫描半个周期，慢速镜线性增加一步)；
图2A为快速共振扫描镜运动轨迹的时空关系示意图(图中所示的均是归一化数值)；
图2B为快速扫描方向，样品单位面积接收的光辐射量和扫描空间位置的非线性关系示意图；
图3A为根据快速共振扫描镜窗口以及图像采样窗口，在电子硬件上产生一个调制信号来实时打开和关闭光源示意图；
图3B为根据快速共振扫描镜窗口以及图像采样窗口，在电子硬件上产生一个调制信号来实时打开和关闭光源示意图(光源仅仅在正向扫描位置打开)；
图3C为根据快速共振扫描镜窗口以及图像采样窗口，在电子硬件上产生一个调制信号来实时打开和关闭光源示意图(光源仅仅在逆向扫描位置打开)；
图4A为在共振扫描方向对光源输出功率，在扫描窗口，作非线性的正向扫描和逆向扫描同时调制示意图；
图4B为在共振扫描方向对光源输出功率，在扫描窗口，作非线性的正向扫描调制示意图；
图4C为在共振扫描方向对光源输出功率，在扫描窗口，作非线性的逆向扫描调制示意图；
图5A为在共振扫描方向对光源输出功率，在图像窗口，作非线性的正向扫描和逆向扫描同时调制示意图；
图5B为在共振扫描方向对光源输出功率，在图像窗口，作非线性的正向扫描调制示意图；
图5C为在共振扫描方向对光源输出功率，在图像窗口，作非线性的逆向扫描调制示意图；
图6A为在共振扫描方向对光源输出功率，在图像窗口，作非线性的正向扫描和逆向扫描同时调制示意图(同时实施光源开关调试)；
图6B为在共振扫描方向对光源输出功率，在图像窗口，作非线性的正向扫描调制示意图(同时实施光源开关调试)；
图6C为在共振扫描方向对光源输出功率，在图像窗口，作非线性的逆向扫描调制示意图(同时实施光源开关调试)；
图7为慢速线性扫描方向的光源调制示意图；
图8为本发明实施例共焦扫面显微成像系统的信号控制与处理装置的原理示意图；
图9为来自ADC或者专用锁相环电路的像素时钟信号p和行同步信号 h用于产生光源调制信号过程示意图；
图10为慢速线性扫描方向的光源调制信号的产生过程示意图；
图11为应用积分的方式累积像素值来获得去正弦扭曲的图像示意图。
具体实施方式
下面结合附图及本发明实施例对共焦扫面显微成像系统的信号控制与处理装置及其方法作进一步详细的说明。
【实施例1】
参考图2A，在图像窗口111、图像窗口121取扫描窗口11、扫描窗口 12中间比较线性的一部分，由于在快速共振镜速率低的样本两侧，样本图像严重拉伸扭曲，会导致图像不适用。
在上述实施例1中，采用超发光二极管(SLD，Super Luminescent Diode) 作为成像光源的情况下，这种方式比较容易实现。典型的SLD通常有内置带宽100kHz～200kHz的光电隔离器，而常见的快速共振镜的共振频率一般在4kHz到16kHz之间。因此SLD具有100kHz～200kHz的带宽足够迅速反映来自快速共振镜的切换频率，根据奈奎斯特(Nyquist)采样理论，可以保证不会出现采样失真现象。
参考图3A，其显示了一个根据快速共振扫描镜窗口以及图像采样窗口，可以在电子硬件，如现场可编程门阵列(FPGA，Field Programming Gate Array)、或数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)或其它电子元器件上产生一个调制信号20来实时打开或关闭光源。
根据SLD的光源输入调制参数，调制信号20可以是晶体管-晶体管逻辑电路(TTL)信号、也可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)信号，还可以是低电压差分(LVDS)信号。这种情况下，数据采集模块同时得到正向扫描和逆向扫描的图像数据。
参考图3B，其显示了一个根据快速共振扫描镜窗口以及图像采样窗口，在电子硬件，如场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或者其它电子器件上产生另一个调制信号20来实时打开或关闭光源，但是仅仅在正向扫描的位置。根据SLD的光源输入调制参数，调制信号20可以是TTL 信号，可以是CMOS信号，也可以是LVDS信号。这种情况下，数据采集模块仅仅得到正向扫描的图像数据。
参考图3C，其显示了一个根据快速共振扫描镜窗口以及图像采样窗口，在电子硬件，如场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或者其它电子器件上产生另一个调制信号20来实时打开或关闭光源，但是仅仅在逆向扫描的位置。根据SLD的输入调制参数，调制信号20可以是TTL信号、CMOS信号，也可以是LVDS信号。这种情况下，数据采集模块仅仅得到逆向扫描的图像数据。所述FPGA，支持用户根据自己的需要任意改变内部电路逻辑，定制产生用户需要的数字信号。
如图3A、图3B、图3C所示，调制信号20表示高电平光源打开，低电平光源关闭。根据光源输入调制信号的参数，调制信号20可以切换高电平和低电平，从而实现高电平时光源关闭，低电平时光源打开。
在该实施例1中，通过在图像窗口之外关闭光源就可以达到降低样本表面的光辐射量的效果。
【实施例2】
本实施例中采用的方法是利用光源功率调制器，一个典型应用是利用声光调制器(AOM，Acousto-Opto Modulator)对光源进行调制。调制方法从公式(5)作为切入点。在公式(5)中，如果对光源的发射端功率P0经过 AOM，然后对AOM进行非线性调制，得到：
其中，k是AOM的衰减系数，为一个常数。将公式(6)代入公式(5) 得到：
I′(x)＝ΔI(x)/Δx＝k·P0/ω (7)
也就是说，经过公式(6)的功率调制，光源在样本空间的辐射量分布变成一个常数。
对公式(6)进一步简化得到，
参考图4A，其显示对光源输出端在快速共振镜的正向扫描采样窗口11 和逆向扫描采样窗口12进行同时功率调制21、22。
参考图4B，其显示对光源输出端在正向扫描采样窗口11进行功率调制 21。
参考图4C，其显示对光源输出端在逆向扫描采样窗口12进行功率调制 22。
另一种调制方式是，考虑到图像窗口之外样本图像严重拉伸扭曲。如图 5A所示，对光源输出端在快速共振镜的正向扫描图像窗口111和逆向扫描图像窗口121进行同时功率调制211、221。
如图5B所示，对光源输出端在正向扫描图像窗口111进行功率调制211。
如图5C所示，对光源输出端在逆向扫描图像窗口121进行功率调制221。
该实施例采用上述调制方式对光源进行调制，也可以达到降低生物样本表面的光辐射量的效果。
【实施例3】
本实施例中采用的方法是，同时结合实施例1和实施例2的方法，在图像窗口之外关闭SLD光源的同时，再叠加功率调制器，如AOM，对光源输出端进行功率调制。
如图6A所示，对光源在快速共振镜的正向扫描图像窗口111和逆向扫描图像窗口121通过AOM进行同时功率调制211、221和光源开关调制311、 321。
如图6B所示，对光源在快速共振镜的正向扫描图像窗口111通过AOM 进行同时功率调制211和光源开关调制311。
如图6C所示，对光源在快速共振镜的逆向扫描图像窗口121通过AOM 进行同时功率调制221和光源开关调制321。
上述的三个实施例可以单独实施。
【实施例4】
本实施例中采用的方法是，实施慢速扫描方向的光源调制。
在图1A、图1B所示的慢速扫描机制中，利用图像采集模块采集慢速镜正向扫描121最线性的部分，保留为最终图像数据。
参考图7，利用慢速扫描在正向扫描数据被截取部分13和逆向扫描数据被截取的全部14。由于正向扫描数据被截取部分13、逆向扫描数据被截取的全部14部分不采集图像，这部分光源被关闭。慢速扫描方向的调制信号在图7的区间15，该调制信号可以直接控制光源(如内置的光电隔离器件)，也可以通过AOM调制光源输出端功率，也可以两种调制方式同时实施。
以上所述实施例4的调制方法可以单独使用，也可以和上述的实施例1、
实施例2、实施例3中的调制方法的任意一个叠加使用。
进一步的，为精确产生以上所述实施例记载的调制方法中的调制信号，使其最终转化为图像信号，本发明还利用了数据采集模块的同步信号。数据采集模块典型的输入输出信号，请参考图8。
图8为本发明实施例共焦扫面显微成像系统的信号控制与处理装置的原理示意图。
如图8所示，显示了共焦扫面显微成像系统的信号控制与处理装置中，数据采集模块等部件的同步信号输入和输出过程。该共焦扫面显微成像系统的信号控制与处理装置，主要包括快速共振镜模块10、场同步信号及慢速镜扫描信号发生器11、慢速扫描镜模块16和数据采集及数模转换模块17。
其中，快速共振镜模块10由内部振荡器激发单独运行。在工作状态下，快速共振镜模块10，一方面激励快速共振镜作正弦运动，另一方面会产生一个行同步脉冲信号(H-sync)12。该行同步脉冲信号(H-sync)12输入所述场同步信号及慢速镜扫描信号发生器11，产生场同步信号(V-sync)14和慢速镜扫描信号15。所述场同步信号14输入数据采集及数模转换模块17，所述慢速镜扫描信号15输入所述慢速扫描镜模块16驱动与快速扫描镜呈正交方向上的慢速扫描镜作线性运动。该行同步脉冲信号(H-sync)12还输入所述数据采集及数模转换模块17，产生数字化的行同步脉冲信号h。
所述场同步信号及慢速镜扫描信号发生器11为数字电路形式，可以由包括FPGA、DSP或其他形式的电子元器件的电路构成。所述场同步信号 (V-sync)14为数字信号，所述慢速镜扫描信号15为模拟信号，需要模数转换器DAC将其转换为数字信号。本实施例中，所述模数转换器可以采用 Texas Instrument的DAC5672模数转换器来实现。所述场同步脉冲信号 (V-sync)14以及慢速镜扫描信号15的相位通过所述行同步脉冲信号 (H-sync)12进行锁相。
慢速镜扫描模拟信号15，用于直接驱动慢速扫描镜，或者经过功率放大器将信号放大之后再驱动慢速扫描镜工作。
如图8所示，多通道SLO(多通道图像数据)视频信号13、所述的行同步脉冲信号12和场同步脉冲信号14，输入所述数据采集及数模转换模块 17后，经过数模转换对上述的三个信号进行数字化处理，输出一组数字化信号18，包括数字化的图像信号(SLO-Data)、行同步脉冲信号h、数字化的场同步脉冲信号v和像素时钟信号p。
其中，所述像素时钟信号p，可以通过编程所述数据采集及数模转换模块17中的数模转换器ADC内置的锁相环电路(PLL，Phase Lock Loop)产生。本实施例中，所述数模转换器ADC采用Analog Device Inc的AD9984a 芯片。所述像素时钟信号p从行同步脉冲信号(H-sync)12获得，一般可通过以下的数学关系确定：
fp＝N×fH (9)
其中，fp是像素时钟信号的频率，fH是行同步脉冲的频率，N是一个整数用于决定在一个行同步脉冲里需要产生多少个像素时钟。N的大小由用户通过编程来决定。
如图8所示，像素时钟信号p还可以通过编程专用的锁相环电路来产生。在本实施例中，所述锁相环电路，可采用IDT的501A锁相环芯片。像素时钟信号p和行同步脉冲信号h，同样满足公式(9)的条件。
在本实施例中，通过专用锁相环电路产生的像素时钟信号p用作ADC (如TexasInstrument的ADS58C48数模转换芯片)的外置像素时钟，用于数字化来自SLO的模拟图像信号。
如图8所示的场同步信号(V-sync)14和像素时钟信号p均是通过锁相行同步信号(H-sync)12来获得。
以上所述的像素时钟p和数字化的行同步信号h用于锁相以上所述实施例1～实施例3所述调制方法的光源调制信号。
此外，本发明共焦成像系统的实施例中，其光学系统应用了CambridgeTechnology Inc的8kHz快速共振扫描镜，型号为CRS8k。
如图8所示的快速共振镜模块10描述了该共振扫描镜的机械和电子装置，产生的行同步信号为8kHz时钟，也就是以上描述的共振时钟，也是成像系统的行同步信号(H-sync)12。该时钟信号被同时传送给场同步信号及慢速镜扫描信号发生器11的场同步发生器和慢速镜扫描信号发生器，以及数据采集及数模转换模块17。
在本实施例中，所述的场同步信号及慢速镜扫描信号发生器11，可采用 Xilinx的FPGA芯片，型号为ML507(Virtex-5)或者SP605(Spartan-6)，从行同步信号(H-sync)12产生所述场同步信号(V-sync)14(参考图8和图10)和慢速镜扫描信号15(参考图10)。所述的场同步信号14，可立即传送到数据采集及数模转换模块17。
在本实施例中，所述FPGA芯片通过定制电路产生的慢速扫描信号15，也是一个数字信号，通过Texas Instruments的数模转换芯片DAC5672转换成模拟信号，用于控制慢速扫描镜的机械运动。经过数模转换后得到的模拟信号即慢速镜扫描信号15被直接或经过AD8421芯片放大后传送到慢速扫描镜模块16。所述慢速扫描镜模块16中，应用了CambridgeTechnology Inc 的一组二维扫描镜6220H两个运动轴的一个轴。
本发明中，所述多通道SLO视频信号13，来自SLO系统。在本实施例中采用了Hamamatsu的型号为C10508-01的雪崩光电二极管(APD， Avalanche Photo Diode)作为光电探测器，接收生物样本返回的光信号。该 APD输出的多通道SLO视频信号13直接传输到所述数据采集及数模转换模块17。所述SLO系统可以支持由一个或多个APD接收一种或多种从生物样本返回的光信号。
所述数据采集及数模转换模块17，采用了Analog Device的模数转换芯片，型号为AD9984a；能够根据系统提供的行同步信号(H-sync)12和场同步信号(V-sync)14，将所述APD传送过来的多通道模拟信号一对一转化成相应的数字信号，同时输出系统的像素时钟信号p，数字化的行同步信号 h和数字化的场同步信号v。其中，行同步信号h和输入端的行同步信号 (H-sync)12同步锁相，场同步信号v和输入端的场同步信号(V-sync)14 的锁相。
其中，所述的FPGA芯片还被编程用于产生图9和图10的光源调制信号，该信号为数字信号。所述的FPGA芯片还可以被编程用于传输所述的一组数字化信号18的数字化图像信号，从ML507或者SP605通过PCIe传送到主机(Host PC)，用于实现图像显示、图像处理和数据记录等功能。
图9中的信号10显示了一个快速共振镜完整的正弦运动轨迹散点图，其中任何一个点对应一个像素时钟的位置。图9的信号11显示快速共振镜的行同步信号(H-sync)输出。行同步信号(H-sync)和正弦运动轨迹往往存在一个用户可调的相位延迟。图9的信号12显示行同步信号(H-sync) 经过数字化之后的结果，相当于图8的信号h。图9的信号11和12之间也有一个可以用户设置的相位延迟，相位延迟等于像素时钟信号p的正整数倍。
图9中的信号10快速共振镜正弦运动轨迹的波谷或者波峰和信号12有一个用户可调的相位延迟。
用电子硬件，如FPGA、DSP或其它电子设备产生以上所述实施例1、实施例2、实施例3所述的调制方法时，电子硬件可以直接探测到的是图9 的信号12脉冲的上升沿或下降沿。
用电子硬件，如FPGA、DSP或其它电子设备产生以上所述的实施例1 中调制方法时，在电子硬件建立一个数字计数器。数字计数器每增加一步的数值对应于一个像素时钟p。
图9中调制信号13显示从的信号12脉冲下降沿开始清零并且开始计数。一旦计数器累计了131的预先设定值，调制信号开始翻转用于打开光源，见图9的132部分。图9中的132部分对应于共振镜正向扫描的图像窗口。图像窗口的大小由用户设定。正向扫描的图像窗口结束之后，计数器翻转调制信号关闭光源，一直到共振镜逆向扫描的图像窗口到来之前，见图9的133 部分。图9的133部分大小由用户设定。图9的133结束之后，计数器继续翻转调制信号打开光源，一直到逆向扫描的图像窗口134数据采样结束。
根据用户的需求，图9的132和134可以全开，可以只开132，也可以只开134。这种情况各自对应图3A，图3B和图3C的情况。
运用电子硬件计数器技术，以上所述方法把光源调制信号图9的信号13 锁相到ADC的像素时钟信号p和行同步信号h，以避免图像抖动。
图9中的131是一个硬件常数，用于调整正向扫描图像偏移量，一次性设定。图9的133也是一个硬件常数，用于调整逆向扫描图像偏移量，一次性设定。
为产生所述实施例2中调制方法二的光源调制信号，调制信号的产生和图9的相似。但是这里需要应用分辨率足够高的模数转换器(DAC)产生模拟信号调制AOM。在采样窗口132、134内，模拟信号的曲线和图4的保持一致。图9的131偏移量需要根据AOM的延迟重新调整。
结合以上所述的实施例1中的调制方法一和实施例2中的调制方法二的实施步骤，即可产生以上实施例3中的调制方法三，即图6所示的光源调制信号。
以上所述的数字化行同步信号图8的h和数字化场同步信号图8的v用于锁相以上所述发明方法四的光源调制信号。
图10显示以上所述实施例4中调制方法四的光源调制信号产生的过程。
如图10所示，快速振动镜每扫描一个周期11(111，112)，产生一个行同步脉冲信号，通过电子计数器以及模数转换器DAC，慢速扫描镜的驱动信号增加一步12。慢速扫描镜的驱动信号分正向扫描121和逆向扫描122。正向扫描121和数据采集相关，逆向扫描122使得慢速扫描镜快速回到正向扫描的初始位置。121和122也可以等间距，以便图像采集模块同时采样慢速扫描镜正向扫描和逆向扫描的数据。
为产生一个慢速扫描方向的光源调制信号，同样可以用一个电子计数器，在场同步脉冲(V-sync)的下降沿(或者上升沿)到来的那一刻，开始清零计数器。这个计数器的单位是行同步脉冲(H-sync)。在用户设定的偏移量 141之后马上启动计数累积行同步的个数，也就是行的数量，同时调制信号翻转。在图像采集区域142，也就是每一帧图像需要采集的行数，调制信号打开光源。一旦结束图像采集区域142，调制信号翻转成关闭光源，到区域143。
图10产生的慢速扫描方向的光源调制信号14保证光源仅仅在用户指定的图像采集区域打开，图像采集模块在不采样数据时光源关闭。
运用以上所述光源调制方法二和方法三之后，图像的去正弦扭曲实施图 11的积分算法。图11里，共振镜慢速运行的地方11、12、13，光源直接被关闭，图像采集模块不采集图像。在正弦曲线中间部分，线性空间域Δxi的图像像素值由非线性时间域Δti覆盖的像素值累积而成。同样，线性空间域Δxj的图像像素值由非线性时间域Δtj覆盖的像素值累积而成。这里所述的线性和非线性是相对的。在采样空间，如果像素时钟(时间域)认为是线性的，每个像素落在被扫描的样本空间是非线性的。在被扫描的样本空间，经过正弦扭曲矫正后的图像是线性的，如图11的Δxi和Δxj，但是对应的采样(时间) 空间的像素区间Δti和Δtj就是非线性的。
图11中的积分过程通常由主机的CPU完成，也可以由FPGA完成，也可以由图像处理器(GPU，Graphics Processing Unit)完成。本实施例中，积分过程是以Intel PC的CPU为例在CPU中完成的。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种共焦扫面显微镜光源调制方法，其特征在于，包括如下步骤：
在图像窗口取扫描窗口中间的线性部分的步骤；
根据快速共振扫描镜窗口及图像采集窗口，通过利用电子硬件产生一个调制信号来实现对成像光源的实时打开或关闭。
2.根据权利要求1所述共焦扫面显微镜光源调制方法，其特征在于，所述电子硬件为现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP或其它能够产生调制信号的电子元器件。
3.根据权利要求1所述共焦扫面显微镜光源调制方法，其特征在于，所述成像光源为超发光二极管SLD。
4.根据权利要求1所述共焦扫面显微镜光源调制方法，其特征在于，所述的调制信号为晶体管-晶体管逻辑电路TTL信号、互补金属氧化物半导体CMOS信号或低电压差分LVDS信号。
5.根据权利要求4所述共焦扫面显微镜光源调制方法，其特征在于，根据所述调制信号，数据采集模块得到正向扫描和逆向扫描的图像数据、或仅得到正向扫描的图像数据，或仅得到逆向扫描的图像数据。
6.根据权利要求1、4或5任一所述共焦扫面显微镜光源调制方法，其特征在于，根据光源输入调制信号的参数，所述的调制信号在高电平时关闭光源，低电平时打开光源。
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