CN111208635A - 一种图像扫描显微成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种图像扫描显微成像系统及方法，所述图像扫描显微成像系统包括：激光扫描系统，用于生成照明激光，所述照明激光用于扫描样品；自适应像差校正系统，用于接收所述样品因所述照明激光激发的反射光，并对所述样品激发的所述反射光进行自适应像差校正和散射补偿；信号探测系统，用于采集经所述自适应像差校正系统进行自适应像差校正和散射补偿后的反射光，并生成光电信号和/或图像信号，以获得所述样品的成像图像；时序控制与数据处理系统，并根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理。本发明的有益效果：能够提高成像系统的成像质量。

Description

一种图像扫描显微成像系统及方法

技术领域

本发明涉及图像扫描显微成像技术领域，具体而言，涉及一种图像扫描显微成像系统及方法。

背景技术

在生物医学研究中，对活体生物样品进行高分辨率和大成像深度兼顾的显微成像是亟待解决的技术难题。

图像扫描显微在保留共焦显微三维成像能力基础上，可实现2倍的分辨率提升，但是在采用图像扫描显微成像技术对活体生物组织进行高深度成像时，由于样品自身光学特性的不均匀性以及折射率失配，成像过程中存在明显的像差，像差的存在会降低成像信号的强度以及成像质量，且探测深度越大，像差的影响就越大，另一方面，生物样品的光散射效应随着成像深度的提升，也会显著降低成像分辨率和信噪比。

发明内容

本发明解决的问题是如何提高图像扫描显微成像系统的成像质量。

为解决上述问题，本发明提供一种图像扫描显微成像系统，包括：

激光扫描系统，用于生成照明激光，所述照明激光用于扫描样品；

自适应像差校正系统，设置于所述激光扫描系统的出射光路上，用于接收所述样品因所述照明激光激发的反射光，并对所述反射光进行自适应像差校正和散射补偿；

信号探测系统，设置于所述自适应像差校正系统的输出光路上，用于采集经所述自适应像差校正系统进行自适应像差校正和散射补偿后的反射光，并生成光电信号和/或图像信号；

时序控制与数据处理系统，用于接收所述信号探测系统生成的所述光电信号和/或所述图像信号，并根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理，以获得所述样品的成像图像。

本技术方案中，通过自适应像差校正系统调制光路波前,实现像差的自适应校正和散射补偿，从而提升成像分辨率和深度，以此，通过自适应像差校正和散射补偿，以能够提高图像对比度和信噪比，在通过相应的信号探测系统进行处理时，能够实现大深度高质量的成像，信号探测系统生成光电信号和/或图像信号，时序控制与数据处理系统适于通信连接所述信号探测系统，能够接收所述信号探测系统生成的所述光电信号和/或所述图像信号，并根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理，以此能够对信号探测系统的成像进行更好地控制，并能够对采集到的图像进行全局处理，提高成像质量。

进一步地，所述信号探测系统包括图像扫描显微探测臂、共焦探测臂和光束路径调节机构，所述光束路径调节机构位于所述自适应像差校正系统与所述图像扫描显微探测臂之间的光路上，且所述光束路径调节机构还位于所述自适应像差校正系统与所述共焦探测臂之间的光路上，所述光束路径调节机构用于将所述反射光调节传输至所述图像扫描显微探测臂和/或所述共焦探测臂，所述图像扫描显微探测臂用于根据所述反射光生成所述图像信号，所述共焦探测臂用于根据所述反射光生成所述光电信号。

本技术方案中，通过共焦探测臂和图像扫描显微探测臂的结合，单独探测或并行探测，能够实现系统的多模式测量，即可根据不同成像测量需求实现多模式测量，以及提高系统测量灵活性，在通过共焦探测臂与图像扫描显微探测臂结合探测的情况下，可将传统宽场显微成像分辨率提升2倍的同时实现大深度成像，从而进一步地提高成像质量。

进一步地，所述共焦探测臂包括光电倍增管和共焦针孔结构，所述光束路径调节机构、所述共焦针孔结构和所述光电倍增管依次位于同一光路上。

本技术方案中，共焦针孔结构的针孔用于共焦探测臂的信号切趾，光电倍增管用于共焦探测臂的信号探测，并生成所述光电信号，从而提高成像分辨率。

进一步地，所述自适应像差校正系统包括动态光学元件，所述动态光学元件设置于所述激光扫描系统的出射光路上，用于接收所述样品因所述照明激光激发的所述反射光，所述动态光学元件适于根据预设评价函数或根据波前传感器反馈的波前像差参数进行自适应像差校正和散射补偿。

本技术方案中，动态光学元件可根据预设评价函数进行自适应像差校正和散射补偿，通过动态光学元件利用预设评价函数可使得整个图像扫描显微成像系统的结构更加简单，其中，也可根据动态光学元件接收相应的波前传感器反馈的波前像差参数进行自适应像差校正和散射补偿，通过波前传感器有波前的自适应像差校正，能够使像差校正速度更快，并且校正算法相对简单。

进一步地，所述自适应像差校正系统还包括第一光学透镜和第二光学透镜，所述第一光学透镜、所述动态光学元件以及所述第二光学透镜依次位于所述激光扫描系统的出射光路上，所述第一光学透镜用于调节所述照明激光的光斑尺寸，使所述照明激光的光斑尺寸与所述动态光学元件的感光面相匹配，所述第二光学透镜用于调节所述样品因所述照明激光激发的所述反射光的光斑尺寸，使所述反射光的光斑尺寸与所述动态光学元件的所述感光面相匹配。

本技术方案中，通过设置第一光学透镜和第二光学透镜，使光斑尺寸与动态光学元件的感光面相匹配，从而能够进行更准确的自适应像差校正和散射补偿，提高成像质量。

进一步地，所述激光扫描系统包括依次位于同一光路上的激光光源、孔径光阑以及光束扫描元件。

本技术方案中，孔径光阑能够用于照明激光的开关控制和光斑尺寸调节，光束扫描元件用于照明激光对样品的扫描，以此对样品进行合理的扫描以及扫描控制。

进一步地，所述激光扫描系统还包括分光镜，所述分光镜位于所述自适应像差校正系统与所述信号探测系统之间的光路上。

本技术方案中，自适应像差校正系统出射的光束依次通过光束扫描元件、分光镜后进入信号探测系统，从而进行样品的成像，以此，合理利用系统的各个光学器件进行光束的处理以及传递，使得系统结构更加合理简单。

进一步地，还包括显微观察系统，所述显微观察系统包括管镜、成像物镜、目视观察系统和样品载物台，所述管镜位于所述激光扫描系统的出射光路上，用于接收所述照明激光并进行激光的无限远成像，所述成像物镜用于对所述样品的所述反射光进行聚焦与收集，所述样品载物台用于放置所述样品，所述目视观察系统用于观察所述样品。

本技术方案中，管镜接收照明光束，用于激光的无限远成像，成像物镜用于样品激发的反射光的聚焦与收集，样品载物台用于样品的放置与焦面调节，目视观察系统用于人眼的直接观测。采用反射式信号收集的优势在于可使整个系统简单，紧凑，增加光学元件的重复使用率，并且通过目视观察系统能够实时观察样品扫描情况，以及时对系统进行控制。

进一步地，所述时序控制与数据处理系统根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理包括：根据所述光电信号重构共焦图像，和/或根据所述图像信号进行像素重分配，以合成宽场图像，以及对合成的所述宽场图像进行去卷积操作。

本技术方案中，时序控制与数据处理系统可根据所述光电信号重构共焦图像，或根据所述图像信号进行像素重分配，以合成宽场图像，以及对合成的所述宽场图像进行去卷积操作来提升图像分辨率，以此，通过共焦图像扫描显微联合的形式进行成像，从而提升成像质量。

进一步地，所述时序控制与数据处理系统与所述激光扫描系统的光束扫描元件通信连接，且所述时序控制与数据处理系统与所述自适应像差校正系统的动态光学元件通信连接。

本技术方案中，时序控制与数据处理系统与共焦探测臂中的光电倍增管以及与图像扫描显微探测臂中的光电探测相机进行通信连接，从而，对成像器件采集到的扫描图像进行全局图像处理。

本发明还提出了一种图像扫描显微成像方法，基于如上述所述的图像扫描显微成像系统，包括如下步骤：

生成照明激光；

利用所述照明激光扫描样品，令所述样品激发反射光；

对所述样品激发的所述反射光进行自适应像差校正和散射补偿；

采集所述自适应像差校正系统自适应像差校正和散射补偿后的反射光，以根据所述反射光生成光电信号和/或图像信号；

根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理，以获得所述样品的成像图像。

本发明图像扫描显微成像方法，通过自适应像差校正和散射补偿，以能够提高图像对比度和信噪比，通过生成光电信号和/或图像信号，并根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理，以此能够对成像进行更好地控制，并能够对采集到的图像进行全局处理，提高成像质量。

进一步地，所述根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理，以获得所述样品的成像图像包括：

根据所述光电信号重构共焦图像，和/或，

根据所述图像信号进行像素重分配，以合成宽场图像，以及对合成的所述宽场图像进行去卷积操作。

本技术方案中，根据所述光电信号重构共焦图像，即根据共焦探测臂中的光电倍增管采集到的信号进行图像重建和数据处理，重构出最终的共焦图像，或，根据所述图像信号进行像素重分配，以合成宽场图像，以及对合成的所述宽场图像进行去卷积操作，即对图像扫描显微探测臂中的光电探测相机采集到的图像进行像素重分配处理，合成宽场图像，并对合成图像进行去卷积操作来提升图像分辨率，以此，通过共焦图像扫描显微联合的形式进行成像，从而提升成像质量。

附图说明

图1为本发明实施例中的图像扫描显微成像系统的原理框图；

图2为本发明实施例中的图像扫描显微成像系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中的信号探测系统的结构示意图；

图4为本发明实施例中的显微观察系统的结构示意图；

图5为本发明实施例中的图像扫描显微成像方法的流程图。

附图标记说明：

1-激光扫描系统；101-激光光源；102-孔径光阑；103-光束扫描元件；104-分光镜；2-自适应像差校正系统；201-动态光学元件；202-第一光学透镜；203-第二光学透镜；204-第二反射镜机构；205-第三反射镜机构；3-信号探测系统；301-图像扫描显微探测臂；3011-光电探测相机；3012-第一聚焦透镜；302-共焦探测臂；3021-光电倍增管；3022-共焦针孔结构；3023-第二聚焦透镜；303-光束路径调节机构；304-第一反射镜机构；4-时序控制与数据处理系统；5-样品；6-显微观察系统；601-管镜；602-成像物镜；603-目视观察系统；604-样品载物台；605-汞灯。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

参照图1和2所示，本发明提出了一种图像扫描显微成像系统，

激光扫描系统1，用于生成照明激光，所述照明激光用于扫描样品5；

自适应像差校正系统2，设置于所述激光扫描系统1的出射光路上，用于接收所述样品5因所述照明激光激发的反射光，并对所述反射光进行自适应像差校正和散射补偿；

信号探测系统3，设置于所述自适应像差校正系统2的输出光路上，用于采集经所述自适应像差校正系统2进行自适应像差校正和散射补偿后的反射光，并生成光电信号和/或图像信号；

时序控制与数据处理系统4，用于接收所述信号探测系统3生成的所述光电信号和/或所述图像信号，并根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理，以获得所述样品5的成像图像。

在相关技术中，图像扫描显微在保留共焦显微三维成像能力基础上，可实现2倍的分辨率提升，但是在采用图像扫描显微成像技术对活体生物组织进行高深度成像时，由于样品自身光学特性的不均匀性以及折射率失配，成像过程中存在明显的像差，像差的存在会降低成像信号的强度以及成像质量，且探测深度越大，像差的影响就越大，另一方面，生物样品的光散射效应随着成像深度的提升，也会显著降低成像分辨率和信噪比。

本实施例提出了一种图像扫描显微成像系统，参照图1和2所示，其包括激光扫描系统1，用于生成照明激光，以能够根据处理后的照明激光对样品5进行扫描，从而激发样品5，样品5激发的反射光束能够通过相应的信号探测系统3进行接收，从而能够对样品5进行成像或相应的处理。

通常情况下，对样品5进行扫描时，样品5激发的反射光沿原扫描光束的光路返回，在位于所述激光扫描系统1的出射光路上设置自适应像差校正系统2，在对样品5进行扫描时，照明激光经过自适应像差校正系统照射样品5，使样品5激发反射光，继而，反射光被自适应像差校正系统2接收，以对所述样品5激发的所述反射光进行自适应像差校正和散射补偿，通常情况下，激发光和发射荧光在生物组织样品内传播时均会由于折射、散射、吸收等作用使得光波波前发生明显畸变,造成激发光点扩散函数以及荧光成像点扩散函数的性能显著降低，通过自适应像差校正系统2调制光路波前,实现像差的自适应校正和散射补偿，从而提升成像分辨率和深度，以此，通过自适应像差校正和散射补偿，以能够提高图像对比度和信噪比，在通过相应的信号探测系统3进行处理时，能够实现大深度高质量的成像。

自适应像差校正系统2的反射光经由信号探测系统3进行处理，其中具体地，信号探测系统3设置于所述自适应像差校正系统2的输出光路上，用于采集所述自适应像差校正系统2自适应像差校正和散射补偿后的反射光，并生成光电信号和/或图像信号，信号探测系统3可包括光电探测相机和/或光电倍增管等机构，通过接收自适应像差校正系统2输出的光学信号，根据光电探测相机进行成像和/或根据光电倍增管进行光学信号处理，以此能够更好地对样品5进行成像。

通常情况下，自适应像差校正系统2接收样品5因照明激光的反射光而进行像差校正与散射补偿，通过将自适应像差校正系统2设置于激光扫描系统1的出射光路上，以此，出射的照明激光经自适应像差校正系统2后出射，并对样品5进行扫描，此时，激发的反射光原路经自适应像差校正系统2进行校正，为使系统的结构更加简单，元件重复利用率更高，在不设置分光镜等光束调节元件的情况下，此时自适应像差校正系统2的输出光路即激光扫描系统1的出射光路，因此，在自适应像差校正系统2与激光扫描系统1之间，或因激光扫描系统1由多个元件组成时，在激光扫描系统1的内部光路上，可设置相应的分光镜调节光束的传播路径，从而能够使经自适应像差校正系统2处理后的反射光传递至信号探测系统3内，以进行相应的处理。

其中，图像扫描显微成像系统还包括时序控制与数据处理系统4适于通信连接所述信号探测系统3，当信号探测系统3生成光电信号和/或图像信号时，能够接收所述信号探测系统3生成的所述光电信号和/或所述图像信号，并根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理，以此能够对信号探测系统3的成像进行更好地控制，并能够对采集到的图像进行全局处理，提高成像质量。

在本发明的一个可选的实施例中，所述信号探测系统3包括图像扫描显微探测臂301、共焦探测臂302和光束路径调节机构303，所述光束路径调节机构303位于所述自适应像差校正系统2与所述图像扫描显微探测臂301之间的光路上，且所述光束路径调节机构303还位于所述自适应像差校正系统2与所述共焦探测臂302之间的光路上，所述光束路径调节机构303用于将所述反射光调节传输至所述图像扫描显微探测臂301和/或所述共焦探测臂302，所述图像扫描显微探测臂301用于根据所述反射光生成所述图像信号，所述共焦探测臂302用于根据所述反射光生成所述光电信号。

在相关技术中，受激发射损耗STED显微技术同时采用两束激光照明，一束用于荧光激发，一束用于环形荧光猝灭，经过调制的聚焦光斑可实现100nm以下的成像分辨率，但是该技术结构复杂，且激发光强度大，对细胞产生光漂白效应，因此不适合于活体显微成像，结构光照明显微技术SIM采用周期性的结构光场对样品进行照明，并采集不同方向和不同相位光场照明下的图像进行后续算法处理，可将传统宽场显微的分辨率提升2倍，但是其成像深度较浅，无法实现大深度的成像。

参照图2和3所示，本实施例中，信号探测系统3包括图像扫描显微探测臂301、共焦探测臂302和光束路径调节机构303，其中光束路径调节机构303可为具有切换装置的反射镜或分光镜，其中，采用具有切换装置的反射镜可将自适应像差校正系统2出射的光束进行调节，以将光束调节传输至所述图像扫描显微探测臂301或所述共焦探测臂302中进行处理，采用分光镜可实现共焦探测臂302和图像扫描显微探测臂301的并行探测，所述图像扫描显微探测臂301用于根据自适应像差校正系统出射的反射光生成所述图像信号，所述共焦探测臂302用于根据自适应像差校正系统出射的反射光生成所述光电信号，以用于进行成像，共焦探测臂302采用共焦荧光显微成像技术,可实现光学切片，提升了成像深度进而实现三维立体成像,同时，共焦荧光显微成像技术在理论上可将显微分辨率提升至传统宽场显微成像分辨率的1.4倍,图像扫描显微ISM可采用光电探测相机，并可采用像素重新分配的图像整合方法，实现了相较于传统宽场成像1.4倍的分辨率提升，在本发明的另一可选的实施例中，可再通过去卷积等后续图像处理，实现分辨率的提升，以此通过共焦探测臂302和图像扫描显微探测臂301的结合，单独探测或并行探测，以此，能够实现系统的多模式测量，即可根据不同成像测量需求实现多模式测量，以及提高系统测量灵活性，在通过共焦探测臂302与图像扫描显微探测臂301结合探测的情况下，可将传统宽场显微成像分辨率提升2倍的同时实现大深度成像，从而进一步地提高成像质量。

在本发明的一个可选的实施例中，所述共焦探测臂302包括光电倍增管3021和共焦针孔结构3022，所述光束路径调节机构303、所述共焦针孔结构3022和所述光电倍增管3021依次位于同一光路上。

参照图2和3所示，本实施例中，所述共焦探测臂302包括光电倍增管3021和共焦针孔结构3022，在光束路径调节机构303将自适应像差校正系统2输出的光束调节至共焦探测臂302时，共焦针孔结构3022的针孔用于共焦探测臂302的信号切趾，光电倍增管3021用于共焦探测臂302的信号探测，并生成所述光电信号，从而提高成像分辨率。

在本发明的一个可选的实施例中，图像扫描显微探测臂301包括光电探测相机3011，以用于图像扫描显微探测臂的信号探测，并生成所述图像信号。

在本发明的一个可选的实施例中，所述图像扫描显微探测臂301还包括第一聚焦透镜3012，共焦探测臂302还包括第二聚焦透镜3023，所述第一聚焦透镜3012位于所述光束路径调节机构303与所述光电探测相机3011之间的光路上，所述第二聚焦透镜3023位于所述光束路径调节机构303与所述光电倍增管3021之间的光路上，以此通过各聚焦透镜结构，对光束进行聚焦，以达到更好的成像质量。

其中，在所述图像扫描显微探测臂301和所述共焦探测臂302中还可设置滤光片，以滤除杂散光，进一步提高成像质量。

参照图2，在光束路径调节机构303与图像扫描显微探测臂301和所述共焦探测臂302可设置第一反射镜机构304，以此进行光路的调整，使得显微成像系统构造更合理。

在本发明的一个可选的实施例中，所述自适应像差校正系统2包括动态光学元件201，所述动态光学元件201设置于所述激光扫描系统1的出射光路上，用于接收所述样品5因所述照明激光激发的所述反射光，所述动态光学元件201适于根据预设评价函数或根据波前传感器反馈的波前像差参数进行自适应像差校正和散射补偿。

在本发明的一个实施例中，自适应像差校正系统2包括动态光学元件201，其中，动态光学元件201可为可变形反射镜或空间光调制器，或可变形反射镜、空间光调制器组成的联用系统以对样品5激发的反射光进行自适应像差校正以及散射补偿，当动态光学元件201采用可变形反射镜时，可变形反射镜接收的样品5因照明激光激发的反射光并进行像差校正和散射补偿，并进行反射，此时动态光学元件201反射后的光束传播路径即自适应像差校正系统2的输出光路，信号探测系统接收动态光学元件201反射的光束后能够对光束进行处理。

其中，在本实施例中，动态光学元件201可根据预设评价函数进行自适应像差校正和散射补偿，即可通过固定的调节标准对可变形反射镜或空间光调制器进行调节，以达到像差校正以及散射补偿，其中预设评价函数可根据如图像信号的强度和图像的锐度进行实际选择，通过动态光学元件201利用预设评价函数可使得整个图像扫描显微成像系统的结构更加简单，其中，也可根据动态光学元件201接收相应的波前传感器反馈的波前像差参数进行自适应像差校正和散射补偿，具体地，可通过将动态光学元件201连接分光镜，并连接波前传感器，动态光学元件201传输的光学信号经由分光镜至波前传感器，波前传感器检测光学信号的波前像差参数，并反馈至相应的控制系统，控制系统依据该波前像差参数对动态光学元件201进行调节，以此实现动态光学元件201的自适应像差校正以及散射补偿，通过波前传感器有波前的自适应像差校正，能够使像差校正速度更快，并且校正算法相对简单。

在本发明的一个可选的实施例中，所述自适应像差校正系统2还包括第一光学透镜202和第二光学透镜203，所述第一光学透镜202、所述动态光学元件201以及所述第二光学透镜203依次位于所述激光扫描系统1的出射光路上，所述第一光学透镜202用于调节所述照明激光的光斑尺寸，使所述照明激光的光斑尺寸与所述动态光学元件201的感光面相匹配，所述第二光学透镜203用于调节所述样品5因所述照明激光激发的所述反射光的光斑尺寸，使所述反射光的光斑尺寸与所述动态光学元件201的所述感光面相匹配。

参照图2所示，本实施例中，自适应像差校正系统2包括第一光学透镜202和第二学透镜203，第一光学透镜202、动态光学元件201、第二光学透镜203在同一光路上依次设置，具体地，在激光扫描系统1出射照明激光时，第一光学透镜202能够接受照明激光，并对照明激光进行调节，调节其光斑尺寸，以使得该光斑尺寸与动态光学元件201的感光面相匹配，具体地，使光斑尽可能充满动态光学元件的感光面，相对应地，第二光学透镜203接收样品5反射光，依次对反射光的光斑进行调节，使该光斑尺寸与动态光学元件201的感光面相匹配，从而能够进行更准确的自适应像差校正和散射补偿，提高成像质量。

参照图2所示，在本发明的一个可选的实施例中，自适应像差校正系统2中可相应设置第二反射镜机构204和第三反射镜机构205，以调节照明激光和反射光的传输路径，从而使得显微成像系统的结构更加合理简便。

在本发明的一个可选的实施例中，所述激光扫描系统1包括依次位于同一光路上的激光光源101、孔径光阑102以及光束扫描元件103。

参照图2所示，在本实施例中，激光扫描系统1包括依次位于同一光路上的激光光源101、孔径光阑102以及光束扫描元件103，其中激光光源用于生成照明激光，孔径光阑102能够用于照明激光的开关控制和光斑尺寸调节，光束扫描元件103用于照明激光对样品5的扫描，激光光源101生成照明激光后，照明激光依次经由孔径光阑102以及光束扫描元件103，自光束扫描元件103出射的照明激光的传播路径即所述激光扫描系统1的出射光路，以此对样品5进行合理的扫描以及扫描控制，其中，光束扫描元件103可以是检流式扫描振镜或谐振式扫描振镜。

在本实施例中，激光扫描系统1还包括扫描透镜105，扫描透镜105位于光束扫描元件103与自适应像差校正系统2之间，以方便对样品5进行扫描。

在本发明的一个可选的实施例中，所述激光扫描系统1还包括分光镜104，所述分光镜104位于所述自适应像差校正系统2与所述信号探测系统3之间的光路上。

参照图2所示，在本实施例中，激光扫描系统1还包括分光镜104，分光镜104位于自适应像差校正系统2与信号探测系统3之间的光路上，通常情况下，照明激光对样品5进行扫描后，反射光沿扫描光束的路径原路返回，自适应像差校正系统2进行像差校正后的反射光也传输至激光扫描系统1中，基于此，在激光扫描系统1中设置分光镜104对光束进行分束，从而进行光束的路径调节，使光束能够进入信号探测系统3，其中，具体地，分光镜104位于光束扫描元件103和所述孔径光阑102之间的光路上，自适应像差校正系统2出射的光束依次通过光束扫描元件103、分光镜104后进入信号探测系统，从而进行样品的成像，以此，合理利用系统的各个光学器件进行光束的处理以及传递，使得系统结构更加合理简单。

在本发明的一个可选的实施例中，还包括显微观察系统6，所述显微观察系统6包括管镜601、成像物镜602、目视观察系统603和样品载物台604，所述管镜601位于所述激光扫描系统1的出射光路上，用于接收所述照明激光并进行激光的无限远成像，所述成像物镜602用于对所述样品5的所述反射光进行聚焦与收集，所述样品载物台604用于放置所述样品5，所述目视观察系统603用于观察所述样品5。

参照图4所示，本实施例中，管镜601接收照明光束，用于激光的无限远成像，成像物镜602用于样品5激发的反射光的聚焦与收集，样品载物台604用于样品5的放置与焦面调节，目视观察系统603用于人眼的直接观测。采用反射式信号收集的优势在于可使整个系统简单，紧凑，增加光学元件的重复使用率，并且通过目视观察系统603能够实时观察样品5扫描情况，以及时对系统进行控制。

在本发明的一个可选的实施例中，显微观察系统6还包括汞灯605，用于宽场成像的照明。

在本发明的一个可选的实施例中，所述时序控制与数据处理系统4根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理包括：根据所述光电信号重构共焦图像，和/或根据所述图像信号进行像素重分配，以合成宽场图像，以及对合成的所述宽场图像进行去卷积操作。

在本实施例中，时序控制与数据处理系统4可根据所述光电信号重构共焦图像，即根据共焦探测臂302中的光电倍增管3021采集到的信号进行图像重建和数据处理，重构出最终的共焦图像；亦或，根据所述图像信号进行图像像素重分配，以合成宽场图像，以及对合成的所述宽场图像进行去卷积操作，即对图像扫描显微探测臂301中的光电探测相机3011采集到的图像进行像素重分配处理，合成宽场图像，并对合成图像进行去卷积操作来提升图像分辨率，以此，通过共焦图像扫描显微联合的形式进行成像，并对成像进行数据处理或成像重构，从而提升成像质量。

在本发明的一个可选的实施例中，参照图1所示，所述时序控制与数据处理系统4与所述激光扫描系统1的光束扫描元件103通信连接，且所述时序控制与数据处理系统4与所述自适应像差校正系统2的动态光学元件201通信连接，以此对激光扫描系统1的光束扫描元件103和自适应像差校正系统2的动态光学元件201进行控制，以方便对系统的成像进行控制。

其中，时序控制与数据处理系统4与共焦探测臂302中的光电倍增管3021以及与图像扫描显微探测臂301中的光电探测相机3011进行通信连接，从而，对成像器件采集到的扫描图像进行全局图像处理。

参照图5，本发明还提出了一种图像扫描显微成像方法，基于上述的图像扫描显微成像系统，包括如下步骤：

S1生成照明激光；

S2利用所述照明激光扫描样品5，令所述样品5激发反射光；

S3对所述样品5激发的所述反射光进行自适应像差校正和散射补偿；

S4采集经所述自适应像差校正系统进行自适应像差校正和散射补偿后的反射光，以根据所述反射光生成光电信号和/或图像信号；

S5根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理，以获得所述样品5的成像图像。

本发明图像扫描显微成像方法，通过自适应像差校正和散射补偿，以能够提高图像对比度和信噪比，通过生成光电信号和/或图像信号，并根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理，以此能够对成像进行更好地控制，并能够对采集到的图像进行全局处理，提高成像质量。

在本发明的一个可选的实施例中，所述根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理，以获得所述样品5的成像图像包括：

根据所述光电信号重构共焦图像，和/或，

根据所述图像信号进行像素重分配，以合成宽场图像，以及对合成的所述宽场图像进行去卷积操作。

在本实施例中，可根据所述光电信号重构共焦图像，即根据共焦探测臂302中的光电倍增管3021采集到的信号进行图像重建和数据处理，重构出最终的共焦图像；亦或，根据所述图像信号进行图像像素重分配，以合成宽场图像，以及对合成的所述宽场图像进行去卷积操作，即对图像扫描显微探测臂301中的光电探测相机3011采集到的图像进行像素重分配处理，合成宽场图像，并对合成图像进行去卷积操作来提升图像分辨率，以此，通过共焦图像扫描显微联合的形式进行成像，并对成像进行数据处理或成像重构，从而提升成像质量。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种图像扫描显微成像系统，其特征在于，包括：

激光扫描系统(1)，用于生成照明激光，所述照明激光用于扫描样品(5)；

自适应像差校正系统(2)，设置于所述激光扫描系统(1)的出射光路上，用于接收所述样品(5)因所述照明激光激发的反射光，并对所述反射光进行自适应像差校正和散射补偿；

信号探测系统(3)，设置于所述自适应像差校正系统(2)的输出光路上，用于采集经所述自适应像差校正系统(2)进行自适应像差校正和散射补偿后的反射光，并生成光电信号和/或图像信号；

时序控制与数据处理系统(4)，用于接收所述信号探测系统(3)生成的所述光电信号和/或所述图像信号，并根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理，以获得所述样品(5)的成像图像。

2.根据权利要求1所述的图像扫描显微成像系统，其特征在于，所述信号探测系统(3)包括图像扫描显微探测臂(301)、共焦探测臂(302)和光束路径调节机构(303)，所述光束路径调节机构(303)位于所述自适应像差校正系统(2)与所述图像扫描显微探测臂(301)之间的光路上，且所述光束路径调节机构(303)还位于所述自适应像差校正系统(2)与所述共焦探测臂(302)之间的光路上，所述光束路径调节机构(303)用于将所述反射光调节传输至所述图像扫描显微探测臂(301)和/或所述共焦探测臂(302)，所述图像扫描显微探测臂(301)用于根据所述反射光生成所述图像信号，所述共焦探测臂(302)用于根据所述反射光生成所述光电信号。

3.根据权利要求2所述的图像扫描显微成像系统，其特征在于，所述共焦探测臂(302)包括光电倍增管(3021)和共焦针孔结构(3022)，所述光束路径调节机构(303)、所述共焦针孔结构(3022)和所述光电倍增管(3021)依次位于同一光路上。

4.根据权利要求1所述的图像扫描显微成像系统，其特征在于，所述自适应像差校正系统(2)包括动态光学元件(201)，所述动态光学元件(201)设置于所述激光扫描系统(1)的出射光路上，用于接收所述样品(5)因所述照明激光激发的所述反射光，所述动态光学元件(201)适于根据预设评价函数或根据波前传感器反馈的波前像差参数进行自适应像差校正和散射补偿。

5.根据权利要求4所述的图像扫描显微成像系统，其特征在于，所述自适应像差校正系统(2)还包括第一光学透镜(202)和第二光学透镜(203)，所述第一光学透镜(202)、所述动态光学元件(201)以及所述第二光学透镜(203)依次位于所述激光扫描系统(1)的出射光路上，所述第一光学透镜(202)用于调节所述照明激光的光斑尺寸，使所述照明激光的光斑尺寸与所述动态光学元件(201)的感光面相匹配，所述第二光学透镜(203)用于调节所述样品(5)因所述照明激光激发的所述反射光的光斑尺寸，使所述反射光的光斑尺寸与所述动态光学元件(201)的所述感光面相匹配。

6.根据权利要求1所述的图像扫描显微成像系统，其特征在于，所述激光扫描系统(1)还包括分光镜(104)，所述分光镜(104)位于所述自适应像差校正系统(2)与所述信号探测系统(3)之间的光路上。

7.根据权利要求1所述的图像扫描显微成像系统，其特征在于，还包括显微观察系统(6)，所述显微观察系统(6)包括管镜(601)、成像物镜(602)、目视观察系统(603)和样品载物台(604)，所述管镜(601)位于所述激光扫描系统(1)的出射光路上，用于接收所述照明激光并进行激光的无限远成像，所述成像物镜(602)用于对所述样品(5)的所述反射光进行聚焦与收集，所述样品载物台(604)用于放置所述样品(5)，所述目视观察系统(603)用于观察所述样品(5)。

8.根据权利要求1-7任一所述的图像扫描显微成像系统，其特征在于，所述时序控制与数据处理系统(4)根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理包括：根据所述光电信号重构共焦图像，和/或根据所述图像信号进行像素重分配，以合成宽场图像，以及对合成的所述宽场图像进行去卷积操作。

9.根据权利要求1-7任一所述的图像扫描显微成像系统，其特征在于，所述时序控制与数据处理系统(4)与所述激光扫描系统(1)的光束扫描元件(103)通信连接，且所述时序控制与数据处理系统(4)与所述自适应像差校正系统(2)的动态光学元件(201)通信连接。

10.一种图像扫描显微成像方法，基于如权利要求1-9任一所述的图像扫描显微成像系统，其特征在于，包括如下步骤：

生成照明激光；

利用所述照明激光扫描样品(5)，令所述样品(5)激发反射光；

对所述样品(5)激发的所述反射光进行自适应像差校正和散射补偿；

采集所述自适应像差校正系统自适应像差校正和散射补偿后的反射光，以根据所述反射光生成光电信号和/或图像信号；

根据所述光电信号和/或所述图像信号进行处理，以获得所述样品(5)的成像图像。

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