CN111344624B - 用电荷耦合器件(ccd)相机进行快速、高动态范围图像获取 - Google Patents

用电荷耦合器件(ccd)相机进行快速、高动态范围图像获取 Download PDF

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Abstract

本文提出了通过使照射与CCD相机的图像获取序列同步而提供用CCD相机进行层析成像的快速图像获取的系统和方法。本文所述的系统和方法允许使用短图像获取时间用CCD相机获取图像，否则将导致严重的伪影引入所获取的图像中。通过在用于获取图像的CCD相机的特定阶段选择性地照射要成像的一个或多个对象，可以实现这一独特能力。以这种方式减少获取无伪影图像所需的时间允许使用CCD相机进行快速成像。此能力与层析成像方法特别相关，其中获取一个或多个对象的多个图像并用于生成单个层析图像。

Description

用电荷耦合器件(CCD)相机进行快速、高动态范围图像获取
相关申请
本申请要求2017年10月18日提交的美国临时申请号62/574,043的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。本申请要求2018年10月17日提交的美国非临时申请号16/163,094的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
一般来说，本文描述的方面涉及用于成像的系统和方法。更具体地，描述的方面涉及用于利用CCD相机进行快速图像获取的系统和方法。
背景技术
例如肿瘤学、传染病学和药物发现的各种领域中的大量研究人员执行小动物的体内成像。存在各种各样的涉及动物的体内成像的技术，举例来说，生物发光、荧光、X射线微计算化层析成像术和多模成像技术。
许多成像模态是层析方法。层析成像术是基于检测透射通过样本或从样本发出的光以获得(例如重建)3D图像或推断正研究的样本的光学性质的3D分布。举例来说，层析成像可用以重建正研究的受试者的关注区内的组织吸收3D图。在其它应用中，层析成像用以生成关注区中存在的例如荧光发射体等探测体的空间分布3D图。层析成像因此允许以非侵入性方式重建对象的内部结构的详细3D图像以及受试者的关注区内的探测体的3D分布。
光学层析成像可提供从例如微型CT或磁共振成像(magnetic resonanceimaging，MRI)等非光学成像技术无法获得的与正研究的受试者内的生物、生理和功能过程分析相关的有价值信息。举例来说，在光学波长处的组织吸收图能够提供与血红蛋白浓度和组织氧合状态有关的生物功能信息，所述信息可用以检测某些类型的肿瘤。另外，与X射线成像或MRI技术相比，光学吸收另外提供改进的对比度以用于定位某些器官，例如心脏。
光学层析成像术也可用以绘制所施用的或内源发光探测体的空间分布图，所述探测体例如荧光或生物发光探测体。举例来说，荧光探测体吸收在对象内部传播的光且在比对象内部的吸收光更长的波长(更低的能量)发射光，从而允许在动物和人类的完整组织中的功能和分子特征的非侵入性体内研究。荧光光学层析成像术系统进而允许分子成像，其可用以视觉上指示作为疾病基础的分子异常，而不是像常规成像方法那样仅对可疑分子异常区域中的解剖结构进行成像。分子目标的特定成像提供疾病的较早检测和表征，以及治疗功效的较早和直接分子评估。说明性荧光光学层析成像术系统在第US2004/0015062号美国专利申请公开案中描述，其文字以全文引用的方式并入本文中。
荧光层析成像通常使用要成像的多个对象的图像来创建对象的层析图。例如，在荧光层析成像中，要成像的对象内的多个位置被激发光照射。在荧光成像应用中，在由激发光照射的给定位置内的荧光物质吸收激发光且发出荧光。对于每个照射位置，通过检测发射的荧光获取相应的荧光图像。使用层析成像重建技术处理每个对应于特定照射位置的多个荧光图像，以获得代表对象内的荧光物质分布的层析成像图像。
对对象的特定区有效地成像需要照射所述对象内的足够数目和密度的位置并获取对应的图像以用于层析成像重建。
因此，需要用于层析成像(例如，荧光层析成像)的改进的系统和方法，其能够快速地获取要用于层析成像重建的对象的多个图像。此类系统和方法与体内小动物层析成像具有特定相关性。
发明内容
本文提出了通过使照射与CCD相机的图像获取序列同步而提供用于层析成像的CCD相机的快速图像获取的系统和方法。本文所述的系统和方法允许使用短图像获取时间用CCD相机获取图像，否则将导致严重的伪影引入所获取的图像中。通过在用于获取图像的CCD相机的特定阶段选择性地照射要成像的一个或多个对象，可以实现这一独特能力。以这种方式减少获取无伪影图像所需的时间允许使用CCD相机进行快速成像。此能力与层析成像方法特别相关，其中获取一个或多个对象的多个图像并用于生成单个层析图像。
本文还提出了利用CCD相机进行高动态范围(HDR)成像的方法，该方法避免了(例如减少；例如消除了)通常伴随饱和图像像素的晕状伪影(blooming artifact)。HDR成像通过获取包括短曝光和长曝光图像的HDR图像集而不是单个图像来提高动态范围。使用长时间曝光获取长时间曝光图像，从而可以准确地捕获低强度信号。然而，长时间曝光导致长时间曝光图像的大量图像像素饱和。晕状伪影因此损伤HDR图像集的长时间曝光图像，并阻碍CCD相机进行HDR成像。通过提供用于HDR成像的避免(例如，减少；例如消除)晕状伪影的方法，本文所述的系统和方法允许在利用CCD相机的成像应用中利用由HDR成像提供的增加的动态范围。
本公开的一些方面涉及一种用于使一个或多个要成像的对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步以通过CCD相机快速获取图像的方法，该方法包括：(a)将从照射源的输出发射的照射光束引导至源电流计反射镜，其中源电流计反射镜可操作以旋转多个角度；(b)自动调整源电流计反射镜以在包括第一旋转角和第二旋转角的多个旋转角处对准，其中，在第一旋转角下，将源电流计反射镜对准以将照射光束反射以将其引导至一个或多个要成像的对象，从而照射所述一个或多个对象，并且在第二旋转角下，将源电流计反射镜对准以反射照射光束，以将其引导离开所述一个或多个要成像的对象，使得一个或多个对象不被照射；和(c)用CCD相机获取一个或多个图像，其中：所述CCD相机被对准并且可操作以(i)检测由于照射光束对所述一个或多个对象的照射而从一个或多个对象(例如从一个或多个对象内和/或从一个或多个对象的表面)发出的光(例如荧光和/或生物发光)和/或(ii)检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的照射光，并且获取所述一个或多个图像的每个包括：(A)响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，将源电流计反射镜旋转到第一旋转角，使得在CCD相机的全局曝光阶段，所述一个或多个对象被照射光束照射；和(B)响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，将电流计反射镜旋转至第二旋转度，使得当CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象没有被照射光束照射，从而使所述一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步，以通过CCD相机快速获取图像。
在一些实施例中，针对一个或多个所获取图像中的每一个的CCD相机的全局曝光阶段的持续时间(例如，全局曝光时间)小于或近似等于400ms(例如，小于或近似等于200ms；例如，小于或近似等于100ms；例如，小于或近似等于50ms)。
在一些实施例中，CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于CCD相机的快门延迟时间的10倍(例如，小于快门延迟时间的5倍；例如，小于快门延迟时间的2倍；例如，小于快门延迟时间)。
在一些实施例中，CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于CCD相机的读取时间的10倍(例如，小于读取时间的5倍；例如，小于读取时间的2倍；例如，小于读取时间)。
在一些实施例中，CCD相机包括至少256×256个检测器像素(例如，至少1000×1000个检测器像素；例如，至少4000×4000个检测器像素)。
在一些实施例中，CCD相机的传感器阵列的大小沿至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于1/2英寸(例如，至少1/2英寸乘以至少1/2英寸；例如，沿至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于1英寸；例如，至少1英寸乘以至少1英寸)。
在一些实施例中，沿着至少第一和/或第二尺寸，CCD相机的视场大于或近似等于100mm(例如，100至200mm×100至200mm)。
在一些实施例中，照射源的输出功率大于或近似等于100mW(例如，大于或近似等于200mW；例如，大于或近似等于300mW)。
在一些实施例中，照射源的稳定时间大于或近似等于1秒(例如2秒；例如5秒)。
在一些实施例中，当CCD相机不在全局曝光阶段时(例如，当CCD的CCD快门打开和/或关闭时；例如，在CCD相机的读出阶段期间)，CCD相机的传感器阵列处的光水平小于或近似等于CCD相机的本底噪声[例如，传感器阵列的每个检测器像素上的最大功率小于或近似等于与读取噪声对应的值(例如，产生等于读取噪声的信号的功率)]。
在一些实施例中，在步骤(c)中获取一个或多个图像中的每个包括由计算设备的第一处理器向CCD相机提供图像获取信号以启动CCD相机的全局曝光阶段(例如，图像获取信号包括标称曝光时间，其设置了CCD相机的全局曝光阶段的持续时间)。
在一些实施例中，在步骤(b)中自动调整源电流计反射镜的步骤包括由源电流计控制器模块(例如，微控制器；例如，电子电路)提供旋转信号(例如，电信号；例如，时变电压；例如，时变电流)到源电流计反射镜，其中旋转信号的值(例如，电压幅度；例如电流幅度)的变化改变源电流计反射镜的旋转角，使得当旋转信号具有第一旋转信号值时，源电流计反射镜旋转到第一旋转角，并且当旋转信号具有第二旋转信号值时，源电流计反射镜旋转到第二旋转角；在步骤(c)的子步骤(A)，所述源电流计控制器模块接收第一触发信号，并响应于第一触发信号的接收，将旋转信号的值调整为第一旋转信号值，从而旋转源电流计反射镜到第一旋转角；和在步骤(c)的子步骤(B)中，所述源电流计控制器模块接收第二触发信号，并响应于第二触发信号的接收，将旋转信号的值调整为第二旋转信号值，从而旋转所述源电流计反射镜到第二旋转角。
在一些实施例中，在步骤(b)中自动调整源电流计反射镜包括：由源电流计控制器模块从CCD相机接收CCD输出信号(例如电信号；例如时变电压；例如时间电流)[例如，其中CCD输出信号的变化表示CCD相机是否处于全局曝光阶段(例如，其中CCD输出信号在不处于全曝光阶段时，CCD输出信号具有第一输出信号值并且当CCD相机处于全局曝光阶段时具有第二输出信号值)]；和由源电流计控制器模块基于接收到的CCD输出信号的值调整旋转信号的值(例如，使得当CCD输出信号具有第一输出信号值时，源电流计控制器模块调整旋转信号到第一旋转信号值，并且当CCD输出信号值为第二输出信号值时，源电流计控制器模块将旋转信号调整为第二旋转信号值)；第一触发信号对应于CCD输出信号的第一变化(例如，接收到的CCD输出信号的值从第一输出信号值到第二输出信号值的转变)；以及第二触发信号对应于CCD输出信号的第二变化(例如，接收到的CCD输出信号的值从第一输出信号值到第二输出信号值的转变)。
在一些实施例中，源电流计反射镜和照射源被容纳在源壳体内，并且其中源电流计反射镜被对准，使得：(i)在第一旋转角，照射光束被源电流计反射镜反射，通过源壳体的出口并且(ii)在第二旋转角，照射光束被引导到源壳体内的光束收集器(beam dump)。
在一些实施例中，照射源、源电流计反射镜、一个或多个对象以及CCD相机被容纳在光学系统壳体内，该光学系统壳体对于环境光基本上是不透明的，从而限制了入射在CCD相机的传感器阵列上的环境光的量。
在一些实施例中，自动打开和关闭位于从照射源到一个或多个对象的照射光束的路径中的激光快门，其中当激光快门打开时，允许照射光束穿过激光快门，当激光快门关闭时，照射光束被激光快门阻挡；在步骤(c)的子步骤(A)中，响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，在与将源电流计反射镜旋转至第一旋转角基本上同时打开激光快门；并且在步骤(c)的子步骤(B)中，响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，在与将源电流计反射镜旋转至第二旋转角基本同时关闭激光快门。
在一些实施例中，自动打开和关闭激光快门包括通过源激光快门控制器模块(例如，微控制器；例如，电子电路)提供激光快门信号(例如电子信号；例如时变电压；例如时变电流)至激光快门，其中激光快门信号的值(例如电压幅度；例如电流幅度)的变化导致激光快门的打开和/或关闭，使得当激光快门信号具有第一激光快门信号值时，激光快门打开，和当激光快门信号具有第二激光快门信号值时，激光快门关闭；在步骤(c)的子步骤(A)，激光快门控制器模块接收第一触发信号，并且响应于第一触发信号的接收，将激光快门信号的值调整为第一激光快门信号值，从而打开激光快门；在步骤(c)的子步骤(B)中，激光快门控制器模块接收第二触发信号，并且响应于第二触发信号的接收，将激光快门信号的值调整为第二激光快门信号值，从而关闭激光快门。
在一些实施例中，自动打开和关闭激光快门包括：由激光快门控制器模块从CCD相机接收CCD输出信号(例如电子信号；例如时变电压；例如时变电流)[例如，其中CCD输出信号的变化表示CCD相机是否处于全局曝光阶段(例如，其中CCD输出信号在不处于全曝光阶段时，CCD输出信号具有第一输出信号值并且当CCD相机处于全局曝光阶段时具有第二输出信号值)]；和由激光快门控制器模块基于接收到的CCD输出信号的值调整激光快门信号的值(例如，使得当CCD输出信号具有第一输出信号值时，激光快门控制器模块将激光快门信号调整为第一激光快门信号值，并且当CCD输出信号值具有第二输出信号值时，激光快门控制器模块将激光快门信号调整为第二激光快门信号值)。
在一些实施例中，源电流计反射镜和照射源被容纳在源壳体内，并且其中源电流计反射镜被对准，使得：(i)在第一旋转角，照射光束被电流计反射镜反射，通过源壳体的出口并且(ii)在第二旋转角，照射光束被引导到源壳体内的光束收集器；并且激光快门被定位在出口处(例如，在出口前面和附近)，使得当激光快门被关闭时，防止照射光束穿过出口。
在一些实施例中，在步骤(c)中获取一个或多个图像包括获取一个或多个高动态范围(HDR)图像集，每个HDR图像集对应于一个或多个对象上的特定照射位置或一个或多个照射位置的集并且包括短曝光图像和长曝光图像，其中，对于每个HDR图像集：通过在CCD的短时全局曝光阶段期间检测透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的发射光和/或照射光获取所述短曝光图像(例如，其中短时全局曝光阶段足够短以使得所获取的短曝光图像不包括任何饱和图像像素)，通过在CCD的长时全局曝光阶段期间检测透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的发射光和/或照射光，获取长曝光图像，所述CCD的长时全局曝光阶段持续时间比短时全局曝光阶段长，并且作为在HDR图像集对应的相同特定照射位置或照射位置集处通过照射光束照射一个或多个对象的结果，给定HDR图像集的短曝光图像和长曝光图像都通过检测透射通过所述对象或由所述对象反射的发射光和/或照射光获取。
在一些实施例中，该方法包括：将照射光束引导到一个或多个对象上的多个照射位置；在步骤(c)中，使用CCD相机获取多个图像，每个图像对应于所述多个照射位置中的一个或多个照射位置的特定集(例如，其中每个图像对应于不同的照射位置；例如，其中每个图像是多个HDR图像集之一的成员，并且每个HDR图像集对应于不同的照射位置；例如，其中每个图像对应于照射位置的特定集，其包括每个要成像的对象一个照射位置)并且表示(i)由于在一个或多个照射位置的对应特定集处照射一个或多个对象而从一个或多个对象检测到的发射光和/或(ii)在一个或多个照射位置的对应集处照射一个或多个对象之后检测到的透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的照射光；由计算设备的处理器接收和/或访问与多个获取的图像对应的数据；和由所述处理器使用与多个获取的图像对应的数据创建(例如，计算)一个或多个对象的一个或多个层析图像。
在一些实施例中，该方法包括使用电流计光学扫描仪将照射光束引导到一个或多个对象上的多个照射位置。
在一些实施例中，多个获取的图像包括至少100个图像(例如，50个荧光图像和50个激发图像)，其可以在小于或近似等于200ms(例如，小于或近似等于150ms；例如，小于或等于120ms)的时间获取。
本公开的另一方面涉及一种用于使一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步以通过CCD相机快速获取图像的方法，所述方法包括：(a)引导从照射源的输出发射的照射光束通过激光快门至一个或多个要成像的对象；(b)自动打开和关闭激光快门，使得在打开激光快门时，允许照射光束穿过激光快门，从而照射一个或多个对象，并且当激光快门关闭时，它阻挡照射光束，从而防止一个或多个对象被照射光束照射；和(c)用CCD相机获取一个或多个图像，其中：所述CCD相机被对准并且可操作以检测(i)由于照射光束对所述一个或多个对象的照射而从一个或多个对象(例如从一个或多个对象内和/或从一个或多个对象的表面)发出的光(例如荧光和/或生物发光)和/或(ii)检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的照射光，并且获取所述一个或多个图像的每个包括：(A)响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，打开所述激光快门，使得在CCD相机的全局曝光阶段，所述一个或多个对象被照射光束照射；和(B)响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，关闭所述激光快门，使得当CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象没有被照射光束照射，从而使所述一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步，以通过CCD相机快速获取图像。
在一些实施例中，针对一个或多个所获取图像中的每一个的CCD相机的全局曝光阶段的持续时间(例如，全局曝光时间)小于或近似等于400ms(例如，小于或近似等于200ms；例如，小于或近似等于100ms；例如，小于或近似等于50ms)。
在一些实施例中，CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于CCD相机的快门延迟时间的10倍(例如，小于快门延迟时间的5倍；例如，小于快门延迟时间的2倍；例如，小于快门延迟时间)。
在一些实施例中，CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于CCD相机的读取时间的10倍(例如，小于读取时间的5倍；例如，小于读取时间的2倍；
例如，小于读取时间)。
在一些实施例中，CCD相机包括至少256×256个检测器像素(例如，至少1000×1000个检测器像素；例如，至少4000×4000个检测器像素)。
在一些实施例中，CCD相机的传感器阵列的大小沿至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于1/2英寸(例如，至少1/2英寸乘以至少1/2英寸；例如，沿至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于1英寸；例如，至少1英寸乘以至少1英寸)。
在一些实施例中，沿着至少第一和/或第二尺寸，CCD相机的视场大于或近似等于100mm(例如，100至200mm×100至200mm)。
在一些实施例中，照射源的输出功率大于或近似等于100mW(例如，大于或近似等于200mW；例如，大于或近似等于300mW)。
在一些实施例中，照射源的稳定时间大于或近似等于1秒(例如2秒；例如5秒)。
在一些实施例中，当CCD相机不在全局曝光阶段时(例如，当CCD的CCD快门打开和/或关闭时；例如，在CCD相机的读出阶段期间)，CCD相机的传感器阵列处的光水平小于或近似等于CCD相机的本底噪声[例如，传感器阵列的每个检测器像素上的最大功率小于或近似等于与读取噪声对应的值(例如，产生等于读取噪声的信号的功率)]。
在一些实施例中，在步骤(c)中获取一个或多个图像中的每个包括由计算设备的第一处理器向CCD相机提供图像获取信号以启动CCD相机的全局曝光阶段(例如，图像获取信号包括标称曝光时间，其设置了CCD相机的全局曝光阶段的持续时间)。
在一些实施例中，在步骤(b)中自动打开和关闭激光快门包括通过激光快门控制器模块(例如，微控制器；例如，电子电路)提供激光快门信号(例如电子信号；例如时变电压；例如时变电流)至激光快门，其中激光快门信号的值(例如电压幅度；例如电流幅度)的变化打开和关闭激光快门，使得当激光快门信号具有第一激光快门信号值时，激光快门打开，和当激光快门信号具有第二激光快门信号值时，激光快门关闭；在步骤(c)的子步骤(A)，激光快门控制器模块接收第一触发信号，并且响应于第一触发信号的接收，将激光快门信号的值调整为第一激光快门信号值，从而打开激光快门；在步骤(c)的子步骤(B)中，激光快门控制器模块接收第二触发信号，并且响应于第二触发信号的接收，将激光快门信号的值调整为第二激光快门信号值，从而关闭激光快门。
在一些实施例中，在步骤(b)中自动打开和关闭激光快门包括：由激光快门控制器模块从CCD相机接收CCD输出信号(例如电信号；例如时变电压；例如时间电流)[例如，其中CCD输出信号的变化表示CCD相机是否处于全局曝光阶段(例如，其中CCD输出信号在不处于全曝光阶段时，CCD输出信号具有第一输出信号值并且当CCD相机处于全局曝光阶段时具有第二输出信号值)]；和由激光快门控制器模块基于接收到的CCD输出信号的值调整激光快门信号的值(例如，使得当CCD输出信号具有第一输出信号值时，激光快门控制器模块调整激光快门信号到第一激光快门信号值，并且当CCD输出信号值具有第二输出信号值时，激光快门控制器模块将激光快门信号调整为第二激光快门信号值)；第一触发信号对应于CCD输出信号的第一变化(例如，接收到的CCD输出信号的值从第一输出信号值到第二输出信号值的转变)；以及第二触发信号对应于CCD输出信号的第二变化(例如，接收到的CCD输出信号的值从第一输出信号值到第二输出信号值的转变)。
在一些实施例中，照射源被容纳在源壳体内，照射光束被引导到源壳体的出口，并且激光快门被定位在出口处(例如，在出口前面和附近)，使得当激光快门被关闭时，防止照射光束穿过出口。
在一些实施例中，照射源、激光快门、一个或多个对象以及CCD相机被容纳在光学系统壳体内，该光学系统壳体对于环境光基本上是不透明的，从而限制了入射在CCD相机的传感器阵列上的环境光的量。
在一些实施例中，所述方法包括：以自动调整源电流计反射镜，所述源电流计反射镜位于来自照射源的照射光束的路径中，以便以包括第一旋转角和第二旋转角的多个旋转角对准，其中在第一旋转角，源电流计反射镜被对准，以反射照射光束以将其引导到一个或多个要成像的对象，从而照射所述一个或多个对象，在第二旋转角，源电流计反射镜被对准以反射照射光束以将其引导远离要成像的一个或多个对象，使得一个或多个对象不被照射；在步骤(c)的子步骤(A)中，响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，在与打开激光快门基本上同时将源电流计反射镜旋转到第一旋转角；并且在步骤(c)的子步骤(B)中，响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，在与关闭激光快门基本上同时将源电流计反射镜旋转到第二旋转角。
在一些实施例中，自动调整源电流计反射镜的步骤包括由源电流计控制器模块(例如，微控制器；例如，电子电路)提供旋转信号(例如，电信号；例如，时变电压；例如，时变电流)到源电流计反射镜，其中旋转信号的值(例如，电压幅度；例如电流幅度)的变化改变源电流计反射镜的旋转角，使得当旋转信号具有第一旋转信号值时，源电流计反射镜旋转到第一旋转角，并且当旋转信号具有第二旋转信号值时，源电流计反射镜旋转到第二旋转角；在步骤(c)的子步骤(A)，所述源电流计控制器模块接收第一触发信号，并响应于第一触发信号的接收，将旋转信号的值调整为第一旋转信号值，从而旋转源电流计反射镜到第一旋转角；和在步骤(c)的子步骤(B)中，所述源电流计控制器模块接收第二触发信号，并响应于第二触发信号的接收，将旋转信号的值调整为第二旋转信号值，从而旋转所述源电流计反射镜到第二旋转角。
在一些实施例中，自动调整源电流计反射镜包括：由源电流计控制器模块从CCD相机接收CCD输出信号(例如电信号；例如时变电压；例如时间电流)[例如，其中CCD输出信号的变化表示CCD相机是否处于全局曝光阶段(例如，其中CCD输出信号在不处于全曝光阶段时，CCD输出信号具有第一输出信号值并且当CCD相机处于全局曝光阶段时具有第二输出信号值)]；和由源电流计控制器模块基于接收到的CCD输出信号的值调整旋转信号的值(例如，使得当CCD输出信号具有第一输出信号值时，源电流计控制器模块调整旋转信号到第一旋转信号值，并且当CCD输出信号值为第二输出信号值时，源电流计控制器模块将旋转信号调整为第二旋转信号值)。
在一些实施例中，源电流计反射镜和照射源被容纳在源壳体内，并且其中源电流计反射镜被对准，使得：(i)在第一旋转角，照射光束被电流计反射镜反射，通过源壳体的出口并且(ii)在第二旋转角，照射光束被引导到源壳体内的光束收集器；并且激光快门被定位在出口处(例如，在出口前面和附近)，使得当激光快门被关闭时，防止照射光束穿过出口。
在一些实施例中，在步骤(c)中获取一个或多个图像包括获取一个或多个高动态范围(HDR)图像集，每个HDR图像集对应于一个或多个对象上的特定照射位置或一个或多个照射位置的集并且包括短曝光图像和长曝光图像，其中，对于给定的HDR图像集：通过在CCD的短时全局曝光阶段期间检测透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的发射光和/或照射光获取所述短曝光图像(例如，其中短时全局曝光阶段足够短以使得所获取的短曝光图像不包括任何饱和图像像素)，通过在CCD的长时全局曝光阶段期间检测透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的发射光和/或照射光，获取长曝光图像，所述CCD的长时全局曝光阶段持续时间比短时全局曝光阶段长，并且作为在HDR图像集对应的相同特定照射位置或照射位置集处通过照射光束照射一个或多个对象的结果，给定HDR图像集的短曝光图像和长曝光图像都通过检测透射通过所述对象或由所述对象反射的发射光和/或照射光获取。
在一些实施例中，该方法包括：将照射光束引导到一个或多个对象上的多个照射位置；在步骤(c)中，使用CCD相机获取多个图像，每个图像对应于所述多个照射位置中的一个或多个照射位置的特定集(例如，其中每个图像对应于不同的照射位置；例如，其中每个图像是多个HDR图像集之一的成员，并且每个HDR图像集对应于不同的照射位置；例如，其中每个图像对应于照射位置的特定集，其包括每个要成像的对象一个照射位置)并且表示(i)由于在一个或多个照射位置的对应特定集处照射一个或多个对象而从一个或多个对象检测到的发射光和/或(ii)在一个或多个照射位置的对应特定集处照射一个或多个对象之后检测到的透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的照射光；由计算设备的处理器接收和/或访问与多个获取的图像对应的数据；和由所述处理器使用与多个获取的图像对应的数据创建(例如，计算)一个或多个对象的一个或多个层析图像。
在一些实施例中，该方法包括使用电流计光学扫描仪将照射光束引导到一个或多个对象上的多个照射位置。
在一些实施例中，多个获取的图像包括至少100个图像(例如，50个荧光图像和50个激发图像)，其可以在小于或近似等于200ms(例如，小于或近似等于150ms；例如，小于或等于120ms)的时间获取。
本公开的另一方面涉及一种系统，该系统用于使要成像的一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步，以通过CCD相机快速获取图像，所述系统包括：(a)照射源，其被对准并且可操作以从其输出发射照射光束并将照射光束引导至源电流计反射镜；(b)源电流计反射镜，其可操作以旋转多个角度并对准以：(i)在第一旋转角，反射照射光束以将其导向一个或多个对象，以及(ii)在第二旋转角，反射照射光束以将其引导远离一个或多个对象，使得当源电流计反射镜旋转到第一旋转角时，一个或多个对象被照射光束照射，并且当源电流计反射镜旋转到第二旋转角时，一个或多个对象没有被照射光束照射；和(c)CCD相机，其被对准并且可操作以通过以下获取一个或多个对象的一个或多个图像：(i)检测由于照射光束对所述一个或多个对象的照射而从一个或多个对象(例如，从一个或多个对象内，和/或从一个或多个对象的表面)发出的光(例如，荧光和/或生物发光)和/或(ii)检测透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的照射光；(d)源电流计控制器模块(例如，微控制器；例如电子电路)，其可操作以：(A)响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，使源电流计反射镜旋转到第一旋转角，使得在CCD相机的全局曝光阶段，所述一个或多个对象被照射光束照射；和(B)响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，使电流计反射镜旋转至第二旋转度，使得当CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象没有被照射光束照射；(e)处理器；和(f)其上存储有指令的存储器，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器：接收和/或访问与由CCD相机获取的一个或多个图像对应的数据；并使用与获取的图像对应的数据获得(例如，计算)所述一个或多个对象的一个或多个层析图像。
在一些实施例中，针对一个或多个所获取图像中的每一个的CCD相机的全局曝光阶段的持续时间(例如，全局曝光时间)小于或近似等于400ms(例如，小于或近似等于200ms；例如，小于或近似等于100ms；例如，小于或近似等于50ms)。
在一些实施例中，CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于CCD相机的快门延迟时间的10倍(例如，小于快门延迟时间的5倍；例如，小于快门延迟时间的2倍；例如，小于快门延迟时间)。
在一些实施例中，CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于CCD相机的读取时间的10倍(例如，小于读取时间的5倍；例如，小于读取时间的2倍；
例如，小于读取时间)。
在一些实施例中，CCD相机包括至少256×256个检测器像素(例如，至少1000×1000个检测器像素；例如，至少4000×4000个检测器像素)。
在一些实施例中，CCD相机的传感器阵列的大小沿至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于1/2英寸(例如，至少1/2英寸乘以至少1/2英寸；例如，沿至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于1英寸；例如，至少1英寸乘以至少1英寸)。
在一些实施例中，沿着至少第一和/或第二尺寸，CCD相机的视场大于或近似等于100mm(例如，100至200mm×100至200mm)。
在一些实施例中，照射源的输出功率大于或近似等于100mW(例如，大于或近似等于200mW；例如，大于或近似等于300mW)。
在一些实施例中，照射源的稳定时间大于或近似等于1秒(例如2秒；例如5秒)。
在一些实施例中，当CCD相机不在全局曝光阶段时(例如，当CCD的CCD快门打开和/或关闭时；例如，在CCD相机的读出阶段期间)，CCD相机的传感器阵列处的光水平小于或近似等于CCD相机的本底噪声[例如，传感器阵列的每个检测器像素上的最大功率小于或近似等于与读取噪声对应的值(例如，产生等于读取噪声的信号的功率)]。
在一些实施例中，CCD相机可操作以通过接收图像获取信号以启动其全局曝光阶段来获取一个或多个图像中的每一个(例如，图像获取信号包括设置CCD相机的全局曝光阶段的持续时间的标称曝光时间)(例如，该系统包括可操作以将图像获取信号提供给CCD相机的计算设备的第一处理器)。
在一些实施例中，源电流计控制器模块可操作以：提供旋转信号(例如，电信号；例如，时变电压；例如，时变电流)到源电流计反射镜，其中旋转信号的值(例如，电压幅度；例如电流幅度)的变化改变源电流计反射镜的旋转角，使得当旋转信号具有第一旋转信号值时，源电流计反射镜旋转到第一旋转角，并且当旋转信号具有第二旋转信号值时，源电流计反射镜旋转到第二旋转角；接收第一触发信号，并响应于第一触发信号的接收，将旋转信号的值调整为第一旋转信号值，从而使源电流计反射镜旋转到第一旋转角；和接收第二触发信号，并响应于第二触发信号的接收，将旋转信号的值调整为第二旋转信号值，从而使所述源电流计反射镜旋转到第二旋转角。
在一些实施例中，源电流计反射镜控制器模型可操作以：从CCD相机接收CCD输出信号(例如电信号；例如时变电压；例如时间电流)[例如，其中CCD输出信号的变化表示CCD相机是否处于全局曝光阶段(例如，其中CCD输出信号在不处于全曝光阶段时，CCD输出信号具有第一输出信号值并且当CCD相机处于全局曝光阶段时具有第二输出信号值)]；和基于接收到的CCD输出信号的值调整旋转信号的值(例如，使得当CCD输出信号具有第一输出信号值时，源电流计控制器模块调整旋转信号到第一旋转信号值，并且当CCD输出信号值为第二输出信号值时，源电流计控制器模块将旋转信号调整为第二旋转信号值)；第一触发信号对应于CCD输出信号的第一变化(例如，接收到的CCD输出信号的值从第一输出信号值到第二输出信号值的转变)；以及第二触发信号对应于CCD输出信号的第二变化(例如，接收到的CCD输出信号的值从第一输出信号值到第二输出信号值的转变)。
在一些实施例中，该系统包括源壳体，所述源电流计反射镜和照射源被容纳在所述源壳体内，并且其中源电流计反射镜被对准，使得：(i)在第一旋转角，照射光束被源电流计反射镜反射，通过源壳体的出口并且(ii)在第二旋转角，照射光束被引导到源壳体内的光束收集器。
在一些实施例中，该系统包括光学系统壳体，照射源、源电流计反射镜、一个或多个对象以及CCD相机被容纳在其中，其中所述光学系统壳体对于环境光基本上是不透明的，从而限制了入射在CCD相机的传感器阵列上的环境光的量。
在一些实施例中，该系统包括：激光快门，其定位在从照射源到一个或多个对象的照射光束的路径中，其中所述激光快门可操作以自动打开和关闭，使得当激光快门打开时，允许照射光束通过激光快门，从而照射一个或多个对象；以及当激光快门关闭时，它阻挡照射光束，从而防止一个或更多对象被照射光束照射；以及激光快门控制器模块，其可操以：响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，使得在与将源电流计反射镜旋转至第一旋转角基本上同时打开激光快门；并且响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，使得在与将源电流计反射镜旋转至第二旋转角基本同时关闭激光快门。
在一些实施例中，激光快门控制器模块可操作以：通过提供激光快门信号(例如电子信号；例如时变电压；例如时变电流)至激光快门自动打开和关闭激光快门，其中激光快门信号的值(例如电压幅度；例如电流幅度)的变化导致激光快门的打开和/或关闭，使得当激光快门信号具有第一激光快门信号值时，激光快门打开，和当激光快门信号具有第二激光快门信号值时，激光快门关闭；接收第一触发信号，并且响应于第一触发信号的接收，将激光快门信号的值调整为第一激光快门信号值，从而打开激光快门；和接收第二触发信号，并且响应于第二触发信号的接收，将激光快门信号的值调整为第二激光快门信号值，从而关闭激光快门。
在一些实施例中，激光快门控制器模块可操作以：从CCD相机接收CCD输出信号(例如电子信号；例如时变电压；例如时变电流)[例如，其中CCD输出信号的变化表示CCD相机是否处于全局曝光阶段(例如，其中CCD输出信号在不处于全曝光阶段时，CCD输出信号具有第一输出信号值并且当CCD相机处于全局曝光阶段时具有第二输出信号值)]；和基于接收到的CCD输出信号的值调整激光快门信号的值(例如，使得当CCD输出信号具有第一输出信号值时，激光快门控制器模块将激光快门信号调整为第一激光快门信号值，并且当CCD输出信号值具有第二输出信号值时，激光快门控制器模块将激光快门信号调整为第二激光快门信号值)。
在一些实施例中，该系统包括源壳体，所述源电流计反射镜和照射源被容纳在所述源壳体内，并且其中源电流计反射镜被对准，使得：(i)在第一旋转角，照射光束被电流计反射镜反射，通过源壳体的出口并且(ii)在第二旋转角，照射光束被引导到源壳体内的光束收集器；并且激光快门被定位在出口处(例如，在出口前面和附近)，使得当激光快门被关闭时，防止照射光束穿过出口。
在一些实施例中，CCD相机可操作以获取一个或多个高动态范围(HDR)图像集，每个HDR图像集对应于一个或多个对象上的特定照射位置或一个或多个照射位置的集并且包括短曝光图像和长曝光图像，其中，对于每个HDR图像集：通过在CCD的短时全局曝光阶段期间检测透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的发射光和/或照射光获取所述短曝光图像(例如，其中短时全局曝光阶段足够短以使得所获取的短曝光图像不包括任何饱和图像像素)，通过在CCD的长时全局曝光阶段期间检测透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的发射光和/或照射光，获取长曝光图像，所述CCD的长时全局曝光阶段持续时间比短时全局曝光阶段长，并且作为在HDR图像集对应的相同特定照射位置或照射位置集处通过照射光束照射一个或多个对象的结果，给定HDR图像集的短曝光图像和长曝光图像都通过检测透射通过所述对象或由所述对象反射的发射光和/或照射光获取。
在一些实施例中，该系统包括电流计光学扫描仪，其定位在从源电流计反射镜到一个或多个对象的照射光束的路径中，并且可操作以将照射光束引导到一个或多个对象上的多个照射位置；并且其中所述一个或多个获取的图像包括多个图像，每个对应于所述多个照射位置中的一个或多个照射位置的特定集(例如，其中每个图像对应于不同的照射位置；例如，其中每个图像是多个HDR图像集之一的成员，并且每个HDR图像集对应于不同的照射位置；例如，其中每个图像对应于照射位置的特定集，其包括每个要成像的对象一个照射位置)并且表示(i)由于在一个或多个照射位置的对应特定集处照射一个或多个对象而从一个或多个对象检测到的发射光和/或(ii)在一个或多个照射位置的对应特定集处照射一个或多个对象之后检测到的透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的照射光。
在一些实施例中，多个获取的图像包括至少100个图像(例如，50个荧光图像和50个激发图像)，其可以在小于或近似等于200ms(例如，小于或近似等于150ms；例如，小于或等于120ms)的时间获取。
本公开的另一方面涉及一种系统，该系统用于使要成像的一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步，以通过CCD相机快速获取图像，所述系统包括：(a)照射源，其被对准并且可操作以从其输出发射照射光束并将照射光束通过激光快门引导至一个或多个对象；(b)激光快门，其中激光快门可操作以自动打开和关闭，使得当激光快门打开时，允许照射光束通过激光快门，从而照射一个或多个对象，并且当激光快门关闭时，它阻挡照射光束，从而防止一个或多个对象被照射光束照射；(c)CCD相机，其被对准并且可操作以通过以下获取一个或多个对象的一个或多个图像：(i)检测由于照射光束对所述一个或多个对象的照射而从一个或多个对象(例如，从一个或多个对象内，和/或从一个或多个对象的表面)发出的发射光(例如，荧光和/或生物发光)和/或(ii)检测透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的照射光；(d)激光快门控制器模块，其可操作以：(A)响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，使激光快门打开，使得在CCD相机的全局曝光阶段，所述一个或多个对象被照射光束照射；和(B)响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，使激光快门关闭，使得当CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象没有被照射光束照射；(e)处理器；和(f)其上存储有指令的存储器，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器：接收和/或访问与由CCD相机获取的一个或多个图像对应的数据；并使用与获取的图像对应的数据获得(例如，计算)所述一个或多个对象的一个或多个层析图像。
在一些实施例中，针对一个或多个所获取图像中的每一个的CCD相机的全局曝光阶段的持续时间(例如，全局曝光时间)小于或近似等于400ms(例如，小于或近似等于200ms；例如，小于或近似等于100ms；例如，小于或近似等于50ms)。
在一些实施例中，CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于CCD相机的快门延迟时间的10倍(例如，小于快门延迟时间的5倍；例如，小于快门延迟时间的2倍；例如，小于快门延迟时间)。
在一些实施例中，CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于CCD相机的读取时间的10倍(例如，小于读取时间的5倍；例如，小于读取时间的2倍；例如，小于读取时间)。
在一些实施例中，CCD相机包括至少256×256个检测器像素(例如，至少1000×1000个检测器像素；例如，至少4000×4000个检测器像素)。
在一些实施例中，CCD相机的传感器阵列的大小沿至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于1/2英寸(例如，至少1/2英寸乘以至少1/2英寸；例如，沿至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于1英寸；例如，至少1英寸乘以至少1英寸)。
在一些实施例中，沿着至少第一和/或第二尺寸，CCD相机的视场大于或近似等于100mm(例如，100至200mm×100至200mm)。
在一些实施例中，照射源的输出功率大于或近似等于100mW(例如，大于或近似等于200mW；例如，大于或近似等于300mW)。
在一些实施例中，照射源的稳定时间大于或近似等于1秒(例如2秒；例如5秒)。
在一些实施例中，当CCD相机不在全局曝光阶段时(例如，当CCD的CCD快门打开和/或关闭时；例如，在CCD相机的读出阶段期间)，CCD相机的传感器阵列处的光水平小于或近似等于CCD相机的本底噪声[例如，传感器阵列的每个检测器像素上的最大功率小于或近似等于与读取噪声对应的值(例如，产生等于读取噪声的信号的功率)]。
在一些实施例中，CCD相机可操作以通过接收图像获取信号以启动其全局曝光阶段来获取一个或多个图像中的每一个(例如，图像获取信号包括设置CCD相机的全局曝光阶段的持续时间的标称曝光时间)(例如，该系统包括可操作以将图像获取信号提供给CCD相机的计算设备的第一处理器)。
在一些实施例中，激光快门控制器模块可操作以：提供激光快门信号(例如电子信号；例如时变电压；例如时变电流)至激光快门，其中激光快门信号的值(例如电压幅度；例如电流幅度)的变化使激光快门打开和关闭，使得当激光快门信号具有第一激光快门信号值时，激光快门打开，和当激光快门信号具有第二激光快门信号值时，激光快门关闭；接收第一触发信号，并且响应于第一触发信号的接收，将激光快门信号的值调整为第一激光快门信号值，从而打开激光快门；和接收第二触发信号，并且响应于第二触发信号的接收，将激光快门信号的值调整为第二激光快门信号值，从而关闭激光快门。
在一些实施例中，激光快门控制器模块可操作以：从CCD相机接收CCD输出信号(例如电信号；例如时变电压；例如时间电流)[例如，其中CCD输出信号的变化表示CCD相机是否处于全局曝光阶段(例如，其中CCD输出信号在不处于全曝光阶段时，CCD输出信号具有第一输出信号值并且当CCD相机处于全局曝光阶段时具有第二输出信号值)]；和基于接收到的CCD输出信号的值调整激光快门信号的值(例如，使得当CCD输出信号具有第一输出信号值时，激光快门控制器模块调整激光快门信号到第一激光快门信号值，并且当CCD输出信号值具有第二输出信号值时，激光快门控制器模块将激光快门信号调整为第二激光快门信号值)；第一触发信号对应于CCD输出信号的第一变化(例如，接收到的CCD输出信号的值从第一输出信号值到第二输出信号值的转变)；以及第二触发信号对应于CCD输出信号的第二变化(例如，接收到的CCD输出信号的值从第一输出信号值到第二输出信号值的转变)。
在一些实施例中，该系统包括源壳体，照射源被容纳在源壳体内，并且其中照射光束被引导到源壳体的出口，并且激光快门被定位在出口处(例如，在出口前面和附近)，使得当激光快门被关闭时，防止照射光束穿过出口。
在一些实施例中，该系统包括光学系统壳体，照射源、激光快门、一个或多个对象以及CCD相机被容纳在其中，其中所述光学系统壳体对于环境光基本上是不透明的，从而限制了入射在CCD相机的传感器阵列上的环境光的量。
在一些实施例中，该系统包括：源电流计反射镜，其可操作以旋转多个角度并对准以：(i)在第一旋转角，反射照射光束以将其引导至一个或多个对象，和(ii)在第二旋转角，反射照射光束以将其引导离开一个或多个对象，使得当源电流计反射镜旋转到第一旋转角时，一个或多个对象被照射光束照射，并且当源电流计反射镜旋转到第二旋转角时，一个或多个对象没有被照射光束照射；和源电流计控制器模块，其可操作以：响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，在与打开激光快门基本上同时使源电流计反射镜旋转到第一旋转角；并且响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，在与关闭激光快门基本上同时使源电流计反射镜旋转到第二旋转角。
在一些实施例中，源电流计控制器模块可操作以：通过提供旋转信号(例如，电信号；例如，时变电压；例如，时变电流)到源电流计反射镜，自动打开和关闭激光快门，其中旋转信号的值(例如，电压幅度；例如电流幅度)的变化改变源电流计反射镜的旋转角，使得当旋转信号具有第一旋转信号值时，源电流计反射镜旋转到第一旋转角，并且当旋转信号具有第二旋转信号值时，源电流计反射镜旋转到第二旋转角；接收第一触发信号，并响应于第一触发信号的接收，将旋转信号的值调整为第一旋转信号值，从而使源电流计反射镜旋转到第一旋转角；和接收第二触发信号，并响应于第二触发信号的接收，将旋转信号的值调整为第二旋转信号值，从而使所述源电流计反射镜旋转到第二旋转角。
在一些实施例中，源电流计控制器模块可操作以：从CCD相机接收CCD输出信号(例如电信号；例如时变电压；例如时间电流)[例如，其中CCD输出信号的变化表示CCD相机是否处于全局曝光阶段(例如，其中CCD输出信号在不处于全曝光阶段时，CCD输出信号具有第一输出信号值并且当CCD相机处于全局曝光阶段时具有第二输出信号值)]；和基于接收到的CCD输出信号的值调整旋转信号的值(例如，使得当CCD输出信号具有第一输出信号值时，源电流计控制器模块调整旋转信号到第一旋转信号值，并且当CCD输出信号值为第二输出信号值时，源电流计控制器模块将旋转信号调整为第二旋转信号值)。
在一些实施例中，该系统包括源壳体，所述源电流计反射镜和照射源被容纳在所述源壳体内，其中源电流计反射镜被对准，使得：(i)在第一旋转角，照射光束被电流计反射镜反射，通过源壳体的出口并且(ii)在第二旋转角，照射光束被引导到源壳体内的光束收集器；并且激光快门被定位在出口处(例如，在出口前面和附近)，使得当激光快门被关闭时，防止照射光束穿过出口。
在一些实施例中，CCD相机可操作以获取一个或多个高动态范围(HDR)图像集，每个HDR图像集对应于一个或多个对象上的特定照射位置或一个或多个照射位置的集并且包括短曝光图像和长曝光图像，其中，对于每个HDR图像集：通过在CCD的短时全局曝光阶段期间检测透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的发射光和/或照射光获取所述短曝光图像(例如，其中短时全局曝光阶段足够短以使得所获取的短曝光图像不包括任何饱和图像像素)，通过在CCD的长时全局曝光阶段期间检测透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的发射光和/或照射光，获取长曝光图像，所述CCD的长时全局曝光阶段持续时间比短时全局曝光阶段长，并且作为在HDR图像集对应的相同特定照射位置或照射位置集处通过照射光束照射一个或多个对象的结果，HDR图像集的短曝光图像和长曝光图像都通过检测透射通过所述对象或由所述对象反射的发射光和/或照射光获取。
在一些实施例中，该系统包括电流计光学扫描仪，其定位在从源电流计反射镜到一个或多个对象的照射光束的路径中，并且可操作以将照射光束引导到一个或多个对象上的多个照射位置；并且其中所述一个或多个获取的图像包括多个图像，每个对应于所述多个照射位置中的一个或多个照射位置的特定集(例如，其中每个图像对应于不同的照射位置；例如，其中每个图像是多个HDR图像集之一的成员，并且每个HDR图像集对应于不同的照射位置；例如，其中每个图像对应于照射位置的特定集，其包括每个要成像的对象一个照射位置)并且表示(i)由于在一个或多个照射位置的对应特定集处照射一个或多个对象而从一个或多个对象检测到的发射光和/或(ii)在一个或多个照射位置的对应特定集处照射一个或多个对象之后检测到的透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的照射光。
在一些实施例中，多个获取的图像包括至少100个图像(例如，50个荧光图像和50个激发图像)，其可以在小于或近似等于200ms(例如，小于或近似等于150ms；例如，小于或等于120ms)的时间获取。
本公开的另一方面涉及一种用于在利用CCD相机获取一个或多个高动态范围(HDR)图像集时避免晕状伪影的方法，每个HDR图像集包括短曝光图像和长曝光图像，所述方法包括：在一个或多个对象上的一个或多个照射位置上照射一个或多个对象；以及对于一个或多个HDR图像集中的每个HDR图像集：通过检测由于在一个或多个照射位置的对应特定集的一个或多个照射位置照射一个或多个对象而产生的(i)发射光和/或(ii)透射通过一个或多个对象或从一个或多个对象反射的照射光，获取HDR图像集的短曝光图像，其中发射光和/或照射光在CCD相机的短时曝光阶段(例如短时全局曝光阶段)被检测(例如，使得短时曝光图像不包含大量(例如不包含任何)饱和图像像素)；通过以下获取HDR图像集的长曝光图像：(a)检测由于在对应特定集的一个或多个照射位置照射一个或多个对象而产生的透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的发射光和/或照射光，其中在CCD相机的长时曝光阶段(例如，长时全局曝光阶段)期间检测发射光和/或照射光，使得长时曝光图像包括一个或多个饱和图像像素；和(b)调整CCD相机的片上合并水平(on-chip binninglevel)，以使长曝光图像的每个图像像素对应于一组合并的检测器像素，每组合并的检测器像素的满阱容量(full well capacity)大于单个检测器像素的满阱容量，使得基于调整后的片上合并水平，CCD相机的满阱容量饱和极限大于CCD相机的A/D数字化饱和极限；和(c)调整长时曝光阶段的持续时间，以使每组对应于一个或多个饱和图像像素的饱和图像像素的一组或多组合并的检测器像素曝光足够长以累积足够的电荷，以超过(i)A/D数字化饱和极限，但不超过(ii)满阱容量饱和极限或(iii)CCD相机的输出节点容量饱和极限，从而避免晕状伪影。
在一些实施例中，该方法包括使用本文描述的方面或实施例中任一项所述的方法中的任一种，对于每个HDR图像集，通过使一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步，获取HDR图像集的(i)短曝光图像和/或(ii)长曝光图像。
本公开的另一方面涉及一种通过使要成像的一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步，用CCD相机进行快速3D荧光层析成像的方法，所述方法包括：(a)在一个或多个对象上的多个照射位置处，用激发光束照射要成像的一个或多个对象；(b)用CCD相机获取多个图像，每个获取的图像对应于一个或多个照射位置的特定集并且通过以下获得：(i)检测作为在一个或多个照射位置的相应特定集处用激发光束照射的结果而从一个或多个对象发射的荧光和/或(ii)在一个或多个照射位置的对应特定集处用激发光束照射一个或多个对象之后检测透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的激发光，其中步骤(b)通过将一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步执行，使得对于每个获取的图像，(i)在CCD相机的全局曝光阶段，一个或多个对象被激发光束照射；以及(ii)当CCD相机不在全局曝光阶段时，一个或多个对象没有被激发光束照射；(c)由计算设备的处理器接收和/或访问与多个获取的图像对应的数据；和(d)由所述处理器使用与多个获取的图像对应的数据创建(例如，计算)一个或多个对象的一个或多个3D层析图像。
在一些实施例中，使一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步包括：当CCD相机在全局曝光阶段时，打开发射激发光束的激发源，和当CCD相机不在全局曝光阶段时关闭所述激发源[例如，其中获取多个图像中的每个图像包括：(A)响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，打开激发源，使得在CCD相机的全局曝光阶段，所述一个或多个对象被照射光束照射；和(B)响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，关闭激发源，使得当CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象不被照射光束照射，从而使一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步，以便CCD相机快速获取图像]。
在一些实施例中，使一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步包括执行本文描述的方面或实施例中的任一项所述的方法中的任一种。
在一些实施例中，多个获取的图像包括为了避免晕状伪影而使用本文所述的方面和实施例的方法获取的多个HDR图像集。
本公开的另一方面涉及一种用于通过使要成像的一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步而用CCD相机进行快速3D荧光层析成像的系统，所述系统包括：(a)激发源，其被对准并且可操作以从其输出发射激发光束并将激发光束引导到一个或多个要成像的对象上的多个照射位置；(b)CCD相机，其中所述CCD相机被对准并且可操作以获取多个图像，每个获取的图像对应于一个或多个照射位置的特定集，并且每个获取的图像对应于一个或多个照射位置的特定集并且通过以下获得：(i)检测作为在一个或多个照射位置的对应特定集处用激发光束照射的结果而从一个或多个对象发射的荧光和/或(ii)在一个或多个照射位置的对应特定集处用激发光束照射一个或多个对象之后检测透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的激发光；(c)一个或多个控制器模块，每个控制器模块与一个或多个光学系统组件相关联，其中每个控制器模块可操作以使一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步，使得对于每个获取的图像，(i)在CCD相机的全局曝光阶段，一个或多个对象被激发光束照射；以及(ii)当CCD相机不在全局曝光阶段时，一个或多个对象没有被激发光束照射；(d)计算设备的处理器；和(e)在其上存储有指令的存储器，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器：接收和/或访问与所述多个获取的图像对应的数据；并使用与所述多个获取的图像对应的数据创建(例如，计算)一个或多个对象的一个或多个3D层析图像。
在一些实施例中，一个或多个控制器模块包括激发源控制器模块，其中一个或多个相关联的光学系统组件包括激发源，并且其中激发源控制器模块可操作以通过在CCD相机在全局曝光阶段时打开激发源和在CCD相机不在全局曝光阶段时关闭激发源使一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步[例如，激发源控制器模块可操作以：(A)响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，使激发源打开，使得在CCD相机的全局曝光阶段，所述一个或多个对象被照射光束照射；和(B)响应于指示CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，使激发源关闭，使得当CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象不被照射光束照射]。
在一些实施例中，一个或多个控制器模块中的至少一个包括源电流计控制器模块，并且一个或多个相关联的光学系统组件包括源电流计反射镜(例如，本文所述的方面和实施例的任一项所述的电流计控制器模块和源电流计反射镜)。
在一些实施例中，一个或多个控制器模块和相关联的光学系统组件中的至少一个包括激光快门控制器模块，并且一个或多个相关联的光学系统组件包括激光快门(例如，本文描述的方面和实施例中任一项所述的激光快门控制器和激光快门)。
关于本公开的一个或多个方面描述的实施例可以被应用于本公开的另一方面(例如，关于一个独立权利要求例如方法权利要求描述的实施例的特征被考虑可适用于其他独立权利要求例如系统权利要求的其他实施例，反之亦然)。
附图说明
通过参考结合附图进行的以下描述，本发明的前述和其它目的、方面、特征和优点将变得更明显且更好理解，附图中：
图1A是根据说明性实施例的示出用于跨越大视场快速扫描激发光束的系统的布局的示意图。
图1B是根据说明性实施例的示出用于跨越大视场快速扫描激发光束的系统的布局的示意图，所述系统包含光束成形光学器件。
图2A是根据说明性实施例的示出用于使照射与CCD相机的图像获取序列同步的系统的布局的示意图。
图2B是根据说明性实施例的示出用于使照射与CCD相机的图像获取序列同步的系统的部分的示意图。
图3是根据说明性实施例的示出用于使照射与CCD相机的时序图的示意图。
图4A是根据说明性实施例的使用旋转电流计反射镜使照射与CCD相机的图像获取序列同步的过程的方框流程图。
图4B是根据说明性实施例的使用激光快门使照射与CCD相机的图像获取序列同步的过程的方框流程图。
图5是根据说明性实施例的示出可用于使照射与CCD相机的图像获取序列同步的CCD输出信号的实例的示意图。
图6是一些实施例中使用的示例性云计算环境的框图。
图7是一些实施例中使用的实例计算设备和实例移动计算设备的框图。
图8是根据说明性实施例的用于避免在用CCD相机进行的HDR成像中的晕状伪影的过程的框图。
图9是根据说明性实施例的使用与CCD相机同步的照射进行3D荧光层析成像的过程的框图。
图10是图像集，根据说明性实施例示出HDR图像集的短和长曝光图像和HDR图像。
图11是根据说明性实施例的用于经由激发光束的快速扫描获得一个或多个对象的层析图像的过程的方框流程图。
本发明的特征及优点将从以下在结合图式时所阐述的详细描述变得更显而易见，其中相同参考符号始终识别对应元件。在图中，相同附图标记通常指示相同、功能上相似及/或结构上相似的元件。
定义
近似：如本文中所用，术语“近似”或“约”在应用于所关注的一个或多个值时可以指与所陈述参考值类似的值。在一些实施例中，除非另有说明或另外从上下文显而易见，否则术语“近似”或“约”可以指落入所述参考值的任一方向(大于或小于)25％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％或更低范围内的值范围，且此类数字超过可能值的100％的情况除外。
图像：如本文所使用的，术语“图像”--例如，哺乳动物的3-D图像--包含任何视觉表示，如照片、视频帧、流式视频、以及照片、视频帧或流式视频的任何电子、数字或数学模拟。在一些实施例中，本文描述的任何设备包含用于显示图像或由处理器产生的任何其它结果的显示器。在一些实施例中，本文描述的任何方法包含显示图像或通过所述方法产生的任何其它结果的步骤。
3-D，三维：如本文所使用，参考“图像”的术语“3-D”或“三维”意味着传达关于三个维度的信息。3D图像可以被再现为三维数据集和/或可以被显示为一组二维表示，或者显示为三维表示。在一些实施例中，3D图像表示为体素(例如，体积像素)数据。
图：如本文所使用，术语“图”应理解成意味着含有空间相关信息的视觉显示，或可以被解译以用于视觉显示的任何数据表示。举例来说，给定体积的三维图可以包含在贯穿所述体积的三个空间维度中变化的给定量的值的数据集。三维图可以在二维中(例如，在二维屏幕上或在二维打印输出上)显示。
荧光图像，发射图像：如本文所使用，术语“荧光图像”和“发射图像”应理解为意味着在对应于荧光剂或探测体的发射波长的波长处获取的图像。
激发图像：如本文所使用，术语“激发图像”应理解成意味着在对应于由激发源发出的激发光的波长的波长处获取的图像。
电磁辐射，辐射：如本文所使用，术语“电磁辐射”和“辐射”应理解成意味着在电和磁性组件的空间中与彼此且与传播方向成直角且彼此同相的自我传播的波。电磁辐射包含：无线电波，微波，红色、红外和近红外光，可见光，紫外光，X射线和γ射线。
光学路径：如本文所使用，术语“光学路径”可以指光束在传播且由光学系统的各种光学元件(例如，透镜、镜、偏振器、分光器及类似物)引导时行进的路径。光学元件可以通过例如反射、折射及类似机制等多种物理机制引导光束。从第一点到第二点的光学路径可以指考虑第一和第二点之间的任何光学元件的引导(例如，经由反射、折射及类似方法)光束从第一点行进到第二点的路径。
光学路径长度，沿着光学路径的距离：如本文所使用，术语“光学路径长度”可以指光束在两个点之间传播时遵循的光学路径的几何长度。类似地，术语“距离”当可以参考代沿着特定光学路径的距离时，可以指光束当沿着特定光学路径传播时行进的几何距离。
检测器：如本文所使用，术语“检测器”包含电磁辐射的任何检测器，包含但不限于CCD相机、光电倍增管、光电二极管，和雪崩光电二极管。
焦平面阵列(FPA)，传感器阵列：如本文所用，术语“焦平面阵列”和“FPA”是指包括多个检测器像素并且可操作以获取图像(例如2D图像)的任何检测器，其代表FPA的不同检测器像素之间的量(例如，整合功率)的空间变化。在一些实施例中，FPA的检测器像素在半导体芯片上被布置为二维矩阵，在本文中被称为“传感器阵列”。
局部整合阶段，局部整合时间：如本文中所用，术语“局部整合阶段”，如在“给定检测器像素的局部整合阶段”中的，可指响应于入射在其表面的电磁辐射的特定检测器像素累积信号(例如电荷)的时间段。
在一些实施例中，当FPA不在获取图像的过程中时，保持清洁的电子信号被发送到其检测器像素。保持清洁的电子信号可防止检测器像素累积信号(例如，通过将检测器像素连续重置为零电荷)。当FPA开始获取图像时，将停止保持清洁信号，并使得每个检测器像素的局部整合阶段在上一次接收到保持清洁信号时开始。在一些实施例中，将去除存在于检测器像素上的任何累积信号(例如，电荷)的传感器冲洗信号发送到每个检测器像素(例如，使检测器像素为零)和图像获取的开始以及给定检测器像素的局部整合阶段在收到传感器冲洗信号后开始。因此，可以通过停止保持清洁信号和/或接收传感器冲洗信号启动给定检测器像素的局部整合阶段。给定检测器像素的局部整合阶段在读出时结束。
如本文中所使用的，如“给定检测器像素的局部整合时间”中的术语“局部整合时间”可以指给定检测器像素的局部整合阶段的持续时间。
全局整合阶段，全局整合时间：如本文所用，术语“全局整合阶段”在参考FPA检测器(例如，CCD相机)时可以指FPA检测器像素的局部整合阶段重叠的时间段(例如，当FPA检测器像素处于其各自的局部整合阶段时的时间段)。如本文所使用的，术语“全局整合时间”可以指全局整合阶段的持续时间。
整合阶段，整合时间：如本文中所使用的，术语“整合阶段(integration phase)”在用于指向FPA检测器时可以指FPA检测器的一个或多个检测器像素处于局部整合阶段的时间段。如本文所使用的，术语“整合时间”可以指整合阶段的持续时间。
读出阶段，读出时间：如本文所用，术语“读出阶段”可以指一个或多个检测器像素在其各自的局部整合阶段期间累积的信号(例如，电荷)被读出(例如，提取)以为被读出的每个检测器像素产生代表(例如基本上成比例于)该检测器像素的累积电荷的电子信号的时间段。
如本文所使用的，术语“读出时间”可以指读出阶段的时间长度。
局部曝光阶段，局部曝光时间：如本文所用，术语“局部曝光阶段(local exposurephase)”在用于指向给定检测器像素时可以指给定检测器像素处于(i)其局部整合阶段和(ii)能够被电磁辐射照射的时间段。
例如，在一些实施例中，给定的FPA包括快门，该快门在关闭时覆盖FPA的一个或多个检测器像素并且阻止电磁辐射照射所述一个或多个检测器像素。因此，给定检测器像素的局部曝光阶段始于(i)给定检测器像素的局部整合阶段的开始和(ii)当快门打开时给定检测器像素未被阻挡时的较晚者。给定检测器像素的局部曝光阶段结束于(i)给定检测器像素的局部整合阶段的结束(例如读出时)和(ii)快门的关闭阻挡给定检测器像素时的较早者。
在一些实施例中，FPA快门在全局整合阶段开始之后立即开始打开并且完全关闭，使得在读出阶段开始之前检测器像素可以被阻挡。以这种方式，每个检测器像素的局部曝光阶段一旦在快门打开时被解除阻挡就开始，并一旦在快门关闭时被阻挡就结束。
在一些实施例中，FPA快门在整个FPA检测器的整合阶段保持完全打开，并且FPA的检测器像素的局部曝光阶段的每一个与它们的局部整合阶段相同。
在一些实施例中，给定的FPA不包括用于阻挡其检测器像素免受外部电磁辐射的快门或任何其他机构，并且FPA的检测器像素的局部曝光阶段的每一个与它们的局部整合阶段相同。
如本文所用，术语“局部曝光时间”可以指局部曝光阶段的持续时间。
全局曝光阶段，全局曝光时间：如本文所用，术语“全局曝光阶段(globalexposure phase)”在参考FPA检测器(例如，CCD相机)时可以指FPA检测器像素的局部曝光阶段可重叠的时间段(例如，当FPA检测器像素可处于其各自的局部曝光阶段时的时间段)。如本文所使用的，术语“全局曝光时间”可以指全局曝光阶段的持续时间。
曝光阶段，曝光窗口，曝光时间：如本文所用，术语“曝光阶段”和“曝光窗口”在用于指向FPA检测器时可以指FPA检测器的一个或多个检测器像素处于局部曝光阶段的时间段。如本文所用，术语“曝光时间”可以指曝光阶段的持续时间。
标称曝光时间：如本文所用，术语“标称曝光时间”在涉及FPA使用时可以指对应于FPA的曝光时间的一部分(例如，直至全部)并且FPA用它来设置特定时间的FPA的设定值，在该特定时间开始其整合阶段、其快门的打开和关闭以及读出阶段。标称曝光时间所对应的FPA曝光时间的特定部分取决于所使用的特定FPA类型(例如，制造商、型号)并且可随其变化。
CCD相机，CCD：如本文所用，术语“CCD相机”和“CCD”是指不同时读出其检测器像素的任何FPA。CCD相机可以指例如标准CCD相机以及增强型CCD相机(ICCD)。CCD相机可指其他不同时读取其检测器像素的FPA。
电流计光学扫描器：如本文所使用，术语“电流计光学扫描器”可以指包括一个或多个旋转电流计反射镜的光学系统组件。电流计光学扫描器允许跨越目标平面中远离电流计光学扫描器给定距离的多个位置扫描光束。这是通过沿着适当对准的光学路径将光束引导到电流计光学扫描器来实现。引导到电流计光学扫描器中的光束由所述一个或多个电流计反射镜依次反射且在由一个或多个光学扫描角度限定的方向上朝向目标平面向外引导。通常，每一光学扫描角度与特定电流计反射镜相关联且由相关联电流计反射镜反射光束的角度确定。旋转给定电流计反射镜会改变其反射光束的角度，且因此改变相关联光学扫描角度。因此，旋转电流计光学扫描器的电流计反射镜会改变所述一个或多个光学扫描角度并且因此改变从电流计光学扫描器向外引导光束的方向。在旋转给定电流计反射镜时，其相关联光学扫描角度变化，且其与目标平面相交的位置沿着特定方向变化。
在一些实施例中，电流计光学扫描器包括单个电流计反射镜，其可用以沿着目标平面中的特定方向扫描光束通过多个位置。电流计反射镜的旋转因此扫描光束跨越对象平面的一维扫描区(例如，线)。
在一些实施例中，电流计光学扫描器包括两个旋转电流计反射镜以使得光束可沿着两个方向扫描通过多个位置。一起旋转两个电流计反射镜因此允许跨越目标平面的二维区光栅化扫描光束。在一些实施例中，电流计反射镜对准以使得第一电流计反射镜在第一方向上改变第一光学扫描角度且第二电流计反射镜在基本上正交于第一方向的第二方向上改变第二光学扫描角度。第一光学扫描角度的变化(例如，经由第一电流计反射镜的旋转)改变了从电流计光学扫描器向外引导的光束在第一方向上与目标平面相交的位置。第二光学扫描角度的变化(例如，经由第二电流计反射镜的旋转)改变了从电流计光学扫描器向外引导的光束在第二方向上与目标平面相交的位置。因此，第一和第二电流计反射镜可一起旋转以跨越目标平面的二维扫描区光栅化扫描光束。
如本文所使用，将光束引导“到电流计光学扫描器”应理解成意味着沿着适当对准的光学路径将光束引导到电流计光学扫描器以使得其入射于电流计光学扫描器包括的一个或多个电流计反射镜中的每一个上且由所述每一个电流计反射镜反射。如本文所使用，到电流计光学扫描器的距离(例如，沿着特定光学路径，从特定位置)应理解成意味着到光束入射于其上的第一电流计反射镜的距离。如本文所使用，距电流计光学扫描器的距离(例如，沿着特定光学路径，到特定位置)应理解成意味着距被引导到电流计光学扫描器的光束入射于其上的第一电流计反射镜的距离，包含所述光束在由电流计光学扫描器包括的任何其它镜反射时行进的距离。
前向模型：如本文所使用，术语“前向模型”应理解成意味着在给定介质中从源到检测器的光传播(例如，光子输送)的物理模型。
层析图像：如本文所使用，术语“层析图像”可以例如指代光学层析图像、x射线层析图像、由磁共振生成的层析图像、正电子发射层析(positron emission tomography，PET)、磁共振(magnetic resonance，MR)、单光子发射计算机层析(single photonemission computed tomography，SPECT)和/或超声波，和这些的任何组合。
漫射介质，漫射的介质：如本文所使用，术语“漫射介质”和“漫射的介质”可互换地使用，且应理解成意味着其中波由于在原本均质的介质内的小颗粒(散射体)而经历多个散射事件从而使其相随机化的介质；在此情况下研究平均波强度。平均波强度将遵循漫射方程，其本身表现为“漫射波”且与表面和边界相互作用。
对象平面：如本文所使用，术语“对象平面”可以指在待成像的一个或多个对象(例如，受试者)处或接近于所述对象定位的光学成像系统的理想化二维成像平面。
激发源：如本文所使用，术语“激发源”可以指用以将光提供到光学系统以用于荧光的光学激发的光源，例如激光。在一些实施例中，激发源从激发源的输出发射激发光束。通过将来自激发源的输出的激发光束引导到光学系统的各种光学组件(例如，光学器件、镜、电流计光学扫描器及类似物)，随后可以将来自激发源的激发光提供到光学系统。
照射源：如本文所使用，术语“照射源”可以指用以将光提供到光学系统以用于成像的任何光源，例如激光。在一些实施例中，照射源是激发源。
图像形成光：如本文所用，术语“图像形成光”可以指由照射光与要成像的一个或多个对象之间的相互作用产生或被其改变(例如，部分吸收、散射、反射、透射)的光，使得通过检测图像形成光，可以用于获得要成像的一个或多个对象的图像。
例如，在一些实施例中，照射光是激发光，而图像形成光是由于在一个或多个对象中激发一种或多种荧光物质而从要成像的一个或多个对象内发出的荧光。在一些实施例中，照射光是激发光，而图像形成光是已经被要成像的一个或多个对象反射和/或透射过的激发光。
光学器件：如本文所使用，术语“光学器件”可以指用以使用一个或多个透镜使光束成形的一系列一个或多个光学元件。当本文中描述光学器件(例如，聚焦光学器件；例如准直光学器件)的各种参数，例如焦距、通光孔径及类似参数时，它们应理解为指代光学器件的性质，即，光学器件包括的光学元件的净影响，而不是光学器件的个别元件中的任一个的性质。
光点大小：如本文所使用，术语“光点大小”可以指在特定位置且在基本上正交于光束的传播方向的正交平面中测得的光束的直径的度量。在一些实施例中，光点大小可以指对应于沿着所述正交平面内的线在沿着所述线的第一和第二位置之间测得的距离的光束的直径的度量，其中信号表示光束的强度(例如，如由检测器检测到)下降到低于光束的最大强度的预定义分数(例如，最大强度的二分之一；例如，最大强度的1/e2)。举例来说，光点大小可以对应于沿着正交平面中的特定线(例如，沿着x轴的线；例如，单独y轴的线)测得的半峰全宽。在一些实施例中，光点大小可以指对应于沿着如上文所描述的正交平面内的不同线各自测得的两个或更多个距离的函数的光束的直径的度量。举例来说，可以测得光点大小作为沿着正交平面内的第一线测得的第一距离和沿着正交平面内的第二线测得的第二距离中的最大值。在一些实施例中，第二线正交于第一线。
受试者：如本文所使用，术语“受试者”可以指被成像的个人。在一些实施例中，受试者是人类。在一些实施例中，受试者是小动物。
小动物：如本文所使用，“小动物”可以指可用显微CT和/或微型MR成像器成像的小哺乳动物。在一些实施例中，“小动物”可以指小鼠、大鼠、田鼠、兔子、仓鼠和类似大小的动物。
稳定时间：如本文所用，术语“稳定时间(settling time)”可指如下(i)和(ii)之一或两者：(i)从照射源(例如激光器)打开到其输出功率达到稳定值时的时间，例如使得输出功率波动最小和/或低于指定量(例如，低于激光器制造商指定的均方根百分比变化)，和(ii)从关闭照射源到其输出功率达到大约零或低于阈值输出功率的时间。阈值输出功率可以对应于在用于将照射源用于照射的光学系统中使用的检测器的背景噪声以下的输出功率。例如，在使用CCD相机作为检测器的光学系统中，阈值输出功率可以对应于产生近似等于或刚好低于CCD检测器的读取噪声的信号的输出功率。在这种情况下，来自照射源的光在CCD检测器处产生的信号将低于CCD检测器的读取噪声。
具体实施方式
考虑本公开的发明的系统、架构、装置、方法和过程包括使用来自本文中所描述的实施例的信息开发的变型和改编。如本说明书考虑的，可以执行本文描述的系统、架构、装置、方法和过程的适配和/或修改。
在整个说明书中，在将物品、装置、系统和架构描述为具有、包括或包含特定组件，或在将过程和方法描述为具有、包括或包含特定的步骤时，可以考虑的是，另外存在本公开的物品、装置、系统和架构，其基本上由所列举的组件组成，或由所列举的组件组成，并且存在根据本公开的过程和方法，其基本上由所列举的处理步骤组成，或由所列举的处理步骤组成。
应理解，步骤次序或用于执行某些动作的次序是不重要的，只要本公开保持可操作即可。而且，两个或更多个步骤或动作可以同时进行。
本文提到的任何出版物，例如，在背景技术部分中，并不是承认所述出版物作为关于本文提出的任何权利要求的现有技术。背景技术部分是出于清楚的目的而存在，并且不意味是关于任何权利要求的现有技术的描述。
如前所述，文档通过引用并入本文。在特定术语的含义存在任何矛盾的情况下，以上面“定义”部分中提供的含义为准。
提供标题是为了方便读者-标题的存在和/或排列并非旨在限制本文所述主题的范围。
本文所描述的是促进在宽视场上的快速层析成像的系统和方法。特别地，在一些实施例中，本文所述的系统和方法允许通过使照射与CCD相机的图像获取序列的阶段同步来利用CCD相机获取一个或多个图像。特别地，如下文所述，通过在图像获取序列的特定阶段(例如，全局曝光阶段)选择性地照射要成像的一个或多个对象(例如，受试者；例如，小动物)，同步照射允许在短时间范围内获取高灵敏度、无伪影的图像。用CCD快速获取图像的能力与光学层析成像应用特别相关，其中获取一个或多个对象的多个图像以产生对象的单个层析图。
A.用CCD相机成像
图1A示出了示例性光学系统100A的示意图，其用于对跨越对象平面112定位的一个或多个对象114a、114b、114c进行光学层析成像。在示例光学系统100中，照射源102从其输出104发射照射光束。照射源102及其输出104被对准以将照射光束引导到放置了要成像的一个或多个对象的对象平面112，从而照射一个或多个对象。在照射之后，来自一个或多个对象的图像形成光118a、118b、118c(例如，荧光，例如已经被一个或多个要成像的一个对象反射或透射通过的一个或多个激发光)由检测器120检测以获得一个或多个对象的图像。
图1所示的示例光学系统100是光学层析成像系统，其利用电流计光学扫描仪106在整个对象平面112的扫描区域116上扫描照射光束。因此，电流计光学扫描仪106可用于在对象平面的多个位置上扫描激发光束。沿着光路105导向电流计光学扫描仪的光被电流计光学扫描仪的一个或多个旋转电流计反射镜108反射。随着电流计光学扫描仪的电流计反射镜旋转，光以各种角度反射，并沿着相应的光路(例如110a、110b、110c)指向扫描区域。照射光束由此被引导到扫描区域116内的多个激发位置。这允许一个或多个要成像的对象114a、114b、114c在多个照射位置处被照射。当给定对象在特定照射位置处被照射时，检测器120检测到由在特定照射位置处照射给定对象产生的图像形成光。在一些实施例中，检测器是焦平面阵列(FPA)检测器，其获取一个或多个对象的一个或多个图像。所获取的图像用于创建一个或多个对象114a、114b、114c的一个或多个层析图像。在2017年7月19日提交的美国专利申请15/654,442中描述了用电流计光学扫描仪106进行荧光光学层析成像的方法，其全部内容通过引用合并于此。
例如，如美国申请15/654,442中所述，对于每个激发位置，一个或多个对象的一个或多个对应图像(例如，发射图像和/或激发图像)被获取。然后，使用一个或多个对象的多个图像创建一个或多个对象的一个或多个层析图像。
进一步，如美国申请15/654,442中所述，上面描述的光束扫描方法可利用包括两个电流计反射镜的电流计光学扫描器106，所述两个电流计反射镜被对准以便在跨越对象平面的两个正交方向上扫描激发光束。第一电流计反射镜可沿着跨越对象平面的相关联第一方向(例如，x方向)扫描激发光束。第二电流计反射镜可沿着跨越对象平面的相关联第二方向(例如，y方向)扫描激发光束。在一些实施例中，第一和第二电流计反射镜一起的旋转跨越对象平面的二维扫描区光栅化扫描激发光束。在一些实施例中，通过第一和第二电流计反射镜的最大旋转角度和从电流计光学扫描器106到对象平面112的距离确定扫描区的大小。
美国申请15/654,442也描述了一种多路复用成像方法，其中电流计光学扫描仪106在用于获取图像的检测器120的曝光窗口期间将照射光(例如，激发光)束引导至多个激发位置。
借助于使用本文所描述的光束扫描方法快速扫描激发光束的能力，每一荧光发射图像与多个激发位置相关联。因此，在所述多路复用方法中，离散激发位置可以布置成多个集合，每个集合包括多个激发位置。并非以顺序方式在激发位置之间光栅化扫描激发光束(例如，将激发光束引导到第一激发位置，随后是邻近激发位置等等)，以逐集合方式扫描激发光束。电流计光学扫描器每次一个集合地扫描激发光束通过离散激发位置，从而将激发光束引导到给定集合内的每一离散激发位置，然后前进到下一集合。
在一些实施例中，电流计光学扫描器的快速扫描能力允许在对应于所述一个或多个检测器的曝光窗口的时间周期期间一个接一个地将激发光束引导到集合的离散激发位置中的每一个。每一荧光发射图像表示在对应于曝光窗口的时间周期内由所述一个或多个检测器检测到的荧光。通过在所述一个或多个检测器的曝光窗口期间扫描激发光束到多个激发位置，记录与激发位置集合相关联的荧光图像。以此方式记录的每一荧光发射因此与激发位置集合相关联，且表示检测到的响应于通过将激发光束引导到相关联集合的每一激发位置而照射一个或所述一个或多个受试者而发射的荧光。
在一些实施例中，此方法可用于减少获得多个受试者的层析图像所需要的时间量和荧光发射图像的数目。如上文所论述，每一受试者与扫描区内的激发位置的一部分相关联。
因此，在多路复用方法中，获取的图像可以表示当照射光束被引导到多个激发位置时由一个或多个对象的照射产生的检测到的图像形成光，因此对应于一组激发位置(例如特定的多个激发位置)。以这种方式可以获取多个图像，每个图像对应于一组特定的不同的激发位置。如美国申请15/654,442中所述，在一些实施例中，这种多路复用成像方法提高了获得多个物体的层析图像的速度。
在一些实施例中，可以通过减少获取用于层析成像重建的多个图像中的每一个所需的时间增加获得层析图像的速度。减少用于层析成像术重建中的图像获取时间尤其与允许快速扫描照射光束从而快速照射要成像的一个或多个对象上的多个照射位置的方法有关，例如在美国申请15/654,442中描述的电流计光学扫描。在这样的成像系统中，照射光束可以被足够快地扫描，使得获取图像所需的时间成为瓶颈。在将照射光束从一个位置定位到下一位置所花费的时间更长的成像系统中，获得层析图像所需的时间主要由定位照射光束所需的时间确定。因此，在不能快速照射各个位置的成像系统中，图像获取时间不再是问题，并且先前并未考虑。
在一些实施例中，使用FPA检测器的图像获取包括两个阶段-曝光阶段和读出阶段，并且获取给定图像所需的时间由图像获取序列的这些阶段的每个阶段的持续时间确定。FPA检测器包括通常被布置为二维矩阵的多个检测器像素，在本文中被称为传感器阵列。在FPA检测器的曝光阶段期间，响应于入射在其表面上的光，FPA传感器阵列的检测器像素被曝光并累积信号(例如，电荷)。
在设定时间之后，在读出阶段期间读出由每个检测器像素累积的信号(例如，电荷)以产生图像。获取的图像包括多个图像像素，每个图像像素对应于一个或多个检测器像素，并且具有代表从一个或多个对应的检测器像素读出的信号的强度值。例如，在一些实施例中，每个图像像素对应于不同的检测器像素，并且具有代表(例如，基本成比例于)该检测器像素所累积的信号的强度值。在一些实施例中，检测器像素被合并，使得每个图像像素对应于两个或多个相邻检测器像素的不同集合(例如，每个图像像素对应于检测器像素的二乘二块区，或检测器像素的四乘四块区，或检测器像素的其他尺寸块区)。
快速、高灵敏度图像获取的一个重要挑战在于以下事实：尽管通常将FPA检测器作为一个整体考虑曝光和读出，但FPA的传感器阵列包括多个检测器像素，其每个具有其自身的局部曝光阶段，在该阶段中，其(i)暴露于光并且(ii)响应于入射在其表面上的光而被允许累积信号(例如电荷)。特别地，在一些实施例中，当针对FPA检测器启动图像获取时，检测器像素被置零并且被设置为它们可操作以响应于入射光而累积信号的状态。给定检测器像素的归零并将其设置为可操作以响应入射光累积信号的状态开始了给定检测器像素的局部整合阶段。
在检测器像素的局部整合阶段期间，入射在检测器像素的表面上的光引起信号(例如电荷)的累积。在一定时间段之后，检测器像素的局部整合阶段结束，并且检测器像素所累积的信号被读出。检测器像素累积的总信号以及相应的图像像素的强度是在其局部整合阶段入射在其表面上的光量的函数。如果检测器像素在其整个局部阶段都曝光，则其局部整合阶段与其局部曝光阶段相同。
在理想化的FPA检测器中，检测器像素的局部整合阶段同时开始和结束，从而每个检测器像素在同一时间段内积累信号，并且所获取图像的图像像素强度的变化基本上完全由FPA传感器阵列上的图像形成光的空间变化确定。
CMOS相机是FPA检测器的一种特殊类型，可以大致实现这一理想功能。特别地，在CMOS相机中，检测器像素的局部整合阶段同时开始，并且检测器像素同时被读出。因此，对于CMOS相机，检测器像素的局部整合阶段与全局整合阶段完全重叠，其中每个检测器像素处于其各自的局部整合阶段。CMOS相机通过将每个检测器像素的附加电路直接集成到传感器阵列中来实现此功能。但是，附加电路限制了CMOS相机的灵敏度。例如，增加的电路在传感器阵列上产生热量，这产生了背景信号，该背景信号干扰来自每个检测器像素的代表检测到的光的期望信号。因此，对于诸如低光成像的某些成像应用，CMOS相机可能不具有足够的灵敏度和/或需要长的曝光时间以收集足够量的光以产生高于背景的期望信号。
CCD相机比CMOS相机提供更高的灵敏度，并且更适合于低光成像应用。CCD相机通常不像CMOS相机那样为每个检测器像素提供额外的电路，因此，不会遭受限制CMOS相机灵敏度的高水平背景。
但是，与CMOS相机不同，CCD相机不会单独寻址每个检测器像素，也无法同时读取传感器阵列的检测器像素。取而代之，CCD相机以列或行方式执行读取。也就是说，一次读出一列或一行的检测器像素，使得在读出第二列或第二行的检测器像素之前，读出第一列或第一行的检测器像素，依此类推。因此，当用CCD相机获取图像时，不同列或行中的检测器像素具有不同的局部整合时间，这取决于它们各自的列或行被读出的顺序。
结果，当使用特定的全局曝光时间通过CCD相机获取图像时，并非所有检测器像素的局部曝光时间都与全局曝光时间相同。特别是，一旦开始了CCD的读取阶段，同时立即读取了第一列或第一行，则其他列或行将保留在其整合阶段，直到被读取为止。
例如，当读出第一列检测器像素时，检测器像素的其他列保持在其局部整合阶段并继续累积信号(例如，电荷)。因此，要读出的第一列中的检测器像素与要读出的最后一列中的检测器像素之间的局部整合时间之差取决于读出时间，该读出时间对应于读出CCD相机传感器阵列中每列检测器像素所需的总时间。如果CCD的传感器阵列暴露，例如没有被接收光遮挡(例如，通过快门)，则在读取阶段，不同列的检测器像素的局部整合时间将不同。因此，后面被读出的列中的检测器像素将具有更长的时间段来累积信号。因此，所获取图像的图像像素的强度值不仅会像它们预期的那样反映出在传感器阵列上入射的光量的空间变化，而且还会反映出它们对应的各检测器像素的局部整合时间的差异。由不同检测器像素的局部整合时间的差异导致的图像像素强度值的意外变化是伪影，这些伪影降低了所获取图像捕获在传感器阵列上入射的光量的真实空间变化的准确性。
典型地，从传感器阵列的一端到另一端以逐列的方式进行读出，使得给定检测器像素的局部整合时间随着传感器阵列上的列数而增加。不同列中检测器像素的局部整合时间的这种差异会在获取的图像中产生梯度伪影，其中从获取的图像的一端到另一端的强度的近似线性增加被叠加在代表真实图像的图像像素强度的期望空间变化上。
梯度伪影的严重性取决于读取时间与全局整合时间相比有多大。例如，CCD相机的全局整合时间是其读取时间的十倍大，则要读出的检测器像素的第一列和最后一列之间的局部整合时间并因此局部曝光时间之差将最多约为百分之十。因此，由要成像的特征引起的强度的真实变化将在梯度伪影上占主导地位。另一方面，如果CCD相机的全局整合时间与读取时间相似或近似相同，则要读取的最后一列检测器像素的局部整合时间约为要读出的检测器像素第一列的局部整合时间的一倍半至两倍大。在这种情况下，由不同检测器像素的局部整合时间差异产生的梯度伪影将是明显的。
因此，可以通过使用明显大于CCD的读取时间的全局整合时间来最小化这种梯度伪影的严重性。尽管这种方法允许使用CCD进行准确、无伪影的成像，但它需要长的全局整合时间，并且因此无法进行快速图像获取。
在一些实施例中，快门用于解决用于获取图像的全局整合时间显著(例如，大约十倍)大于CCD的读取时间的上述要求，从而可以使用更短(例如，小于读取时间的十倍)获取图像。尤其是，CCD相机可以使用机械快门，该快门在关闭时阻挡外部照射到达传感器阵列。快门可以在读出之前立即或读出开始时关闭，从而在CCD相机的读出阶段，快门防止照射CCD传感器阵列的检测器像素。因此，当以使用快门的CCD相机获取图像时，在检测器像素的局部整合阶段开始时打开快门，在读出之前或读出刚开始时关闭快门。在一些实施例中，CCD快门在每个像素已经开始其整合阶段之后开始打开，使得当快门开始打开时每个像素处于其整合阶段。在一些实施例中，CCD快门在读取阶段开始之前开始关闭，使得CCD快门在读取开始之前完全关闭。
以这种方式，每个检测器像素的局部曝光时间主要由CCD快门的打开和关闭决定，而不是由CCD的读取时间决定。特别是，如果在CCD相机的读取阶段CCD快门完全关闭，则在读取阶段不会使检测器像素曝光。因此，即使某些检测器像素将具有比其他检测器像素更长的局部整合时间，但是它们将不会在其他检测器像素已经结束其各自的局部整合阶段并被读出之后发生的在其局部整合阶段的部分期间累积附加信号。因此，使用CCD快门解决了由检测器像素的顺序逐行读出所产生的伪影。
但是，CCD快门可能无法实现检测器像素均匀的局部曝光时间。即使使用CCD快门在读出之前结束了检测器像素的局部曝光阶段，打开和关闭仍需要花费并非微不足道的有限时间，因此在不同的时间开始并结束不同检测器像素的曝光。
尤其是，由于CCD快门通过在传感器阵列上滑动而打开和关闭，因此不同列的检测器像素会暴露不同的时间量。例如，当CCD快门打开时，传感器阵列第一端的检测器像素的第一列立即可用于通过电磁辐射进行照射，而阻止检测器像素的最后一列被照射直到CCD快门完全打开。同样，当CCD快门关闭时，检测器像素的最后一列立即被阻挡以免外部照射，而传感器另一端的第一列保持曝光，直到CCD快门完全关闭。因此，就像读出时间一样，CCD快门打开和/或关闭所花费的时间–CCD快门延迟会导致不同的检测器像素具有不同的局部曝光时间，并且会产生相似的梯度伪影。
尽管CCD快门延迟时间通常比读出时间短，但CCD快门延迟对CCD相机的曝光时间施加了类似的下限。特别地，在一些实施例中，利用CCD相机的无伪影图像获取通常需要使用全局曝光时间获取图像，该全局曝光时间大约是CCD快门延迟的十倍。例如，对于大约40ms的典型CCD快门延迟，必须使用至少大约400ms的典型全局曝光时间。因此，对于需要使用CCD相机进行快速成像的成像应用，需要克服由CCD快门延迟和/或读出时间所施加的曝光时间的下限的方法。
本文所述的方法解决了CCD快门延迟和读出时间在CCD相机上施加的对成像速度的限制。它们使CCD相机能够以与快速sCMOS相机相当甚至更高的速度获取图像。因此，本文描述的系统和方法允许成像系统利用CCD相机的灵敏度优势，并以以前仅灵敏度较低的CMOS相机才可能有的快速成像。
在一些实施例中，经由光束成形光学器件实现具有适当形状的激发光的光束。举例来说，转向图1B，示出利用光束成形光学器件的光学系统100b的布局的实例。在一些实施例中，光束成形光学器件122定位于从激发源到电流计光学扫描器的光学路径中(105a和105b一起)。光束成形光学器件122定位于距激发源的输出104的距离151以及距电流计光学扫描器的距离d0 (2)(152)。以此方式，由激发源102发射的激发光束沿着从激发源的输出104到光束成形光学器件122的光学路径105a且沿着从光束成形光学器件122到电流计光学扫描器106的光学路径105b行进。
光束成形光学器件可以用于产生激发光的准直或聚焦光束。确切地说，在一些实施例中，光束成形光学器件是准直光学器件，其被对准以使得在通过准直光学器件之后，激发光束在(i)朝向电流计光学扫描器和(ii)从电流计光学扫描器到对象平面行进时维持缓慢发散的基本上固定的大小。在一些实施例中，光束成形光学器件是聚焦光学器件，其中所述聚焦光学器件被对准以使得在通过聚焦光学器件之后，激发光束在(i)朝向电流计光学扫描器以及(ii)从电流计光学扫描器到对象平面行进时汇聚[例如，以使得在对象平面处的激发光束的大小(例如，直径)小于在聚焦光学器件处的激发光束的初始大小(例如，直径)]。
光束成形光学器件(例如，准直光学器件，例如，聚焦光学器件)的参数(例如，焦距)和其在光学系统中的位置(例如，沿着从激发源的输出到电流计光学扫描器的光学路径)被确定以使得当激发光束通过光束成形光学器件时产生具有适当性质的激发光的准直或聚焦光束。
经由光束成形光学器件的使用产生的激发光束的性质类似于上文关于直接从激发源以期望形状输出的激发光束所描述的那些性质。然而，如下文中所描述，与激发源102的输出104相反，相对于光束成形光学器件122的位置测量工作距离和初始光束直径。
在一些实施例中，类似于直接由激发源成形的激发光束，电流计光学扫描器106的电流计反射镜的大小部分地设定了激发光束的初始光束直径。在使用光束成形光学器件的情况下，在光束成形光学器件122的位置处测量初始光束直径。确切地说，在光束处的初始光束直径连同沿着从光束成形光学器件到电流计光学扫描器106的光学路径105b的距离d0 (2)(152)被设定以使得在电流计光学扫描器106处的激发光束的光点大小小于电流计光学扫描器106的电流计反射镜的大小wgalvo(162)。在一些实施例中，电流计光学扫描器的电流计反射镜的大小可接受具有直径从3到5mm的光点大小的激发光束。
在一些实施例中，光束成形光学器件用以产生激发光的适当成形光束(例如，在其通过光束成形光学器件之后)以使得其在扫描区内的位置的光点大小低于最小所要光点大小，即使在激发光束扫描通过扫描区时也是如此。如上文所论述，在一些实施例中，在扫描区内的最小光点大小由其中将执行成像的介质的散射长度决定。因此，在一些实施例中，对于在例如组织等漫射介质中的成像，激发光的光束被成形以在扫描区内的位置实现直径低于1mm的光点大小。在一些实施例中，激发光束被成形以实现在扫描区内的所有位置的近似0.5mm的光点大小。
在光束成形光学器件用以产生激发光的准直或聚焦光束的情况下，沿着从光束成形光学器件到电流计光学扫描器以及从电流计光学扫描器到对象平面的光学路径测量工作距离。在跨越扫描区扫描激发光束时，从光束成形光学器件到对象平面的工作距离变化。
B.同步照射方法
本文所述的系统和方法通过使照射与CCD相机的全局曝光阶段同步来实现这一独特功能，使得当CCD传感器阵列完全曝光且传感器阵列的每个检测器像素处于其局部曝光阶段时选择性地照射要成像的一个或多个对象。当CCD传感器没有完全曝光时(例如，当CCD快门打开和/或关闭时；例如，当CCD相机处于读取阶段时)，本文所述的方法防止要成像的对象被照射。
以这种方式，本文中描述的同步照射方法通过防止对待成像的一个或多个对象的照射并因此防止了图像形成光由CCD传感器阵列产生和/或到达CCD传感器阵列而显著减少和/或消除由于不同检测器像素的局部曝光时间的差异而导致的图像伪影。本文所述的系统和方法还可以利用各种壳体来防止其他光例如杂散光和环境光到达CCD传感器阵列，从而使未完全曝光时到达CCD传感器阵列的任何类型的光量最小化。
在一些实施例中，当CCD相机不在全局曝光阶段时，本文描述的方法允许将CCD传感器阵列处的平均光功率保持在CCD相机的本底噪声以下。例如，可以将CCD相机传感器阵列处的光水平保持在低于会产生对应于CCD相机读取噪声的单个水平的水平以下。在一些实施例中，如以下将描述的，可以充分降低CCD传感器阵列处的光水平，以避免在读出阶段之前或期间关闭CCD快门的需要。
通过最小化未完全曝光时到达CCD传感器阵列的光量，检测器像素在其与全局曝光阶段不同(例如，落在全局曝光阶段之外)的局部曝光阶段的部分期间累积可忽略的信号。因此，即使由于CCD快门延迟和/或读取时间而导致各检测器像素的局部曝光时间可能不同，但是由这些差异产生的图像伪影可以忽略不计。这允许使用远低于使用不利用本文所述的同步照明方法的先前系统和方法进行准确(例如无伪影)成像所需的CCD快门延迟极限和/或读取时间极限的CCD曝光时间(例如，全局曝光时间；例如，标称曝光时间)进行无伪影的高灵敏度成像。
以上述方式提供同步照射并非易事。在一些实施例中，对于特定的照射源，可以通过使用控制器模块快速打开和关闭照射源102，使照射与CCD相机的全局曝光阶段同步。但是，以这种方式提供同步照射的能力取决于适当照射源的可用性。层析成像应用可能需要以特定波长和/或特定水平的输出功率发射光的照射源。在许多情况下，可能根本不存在满足特定层析成像应用的要求(例如，就输出波长和/或输出功率而言)并且还可以以足够的速度打开和关闭的照射源(或者可能异常昂贵)。特别地，许多照射源不能以适当的速度打开和关闭。而且，一旦打开，照射源在产生稳定的照射光束之前通常需要花费一些时间才能稳定下来。在稳定期间，紧接在打开照射源之后且在其稳定之前，照射光束通常在功率上产生很大的波动。因此，在照射源开启后立刻用它提供的照射进行成像，尽管仍然稳定，但仍产生低质量的噪声图像。对于在光学层析成像应用中使用的激光源尤其如此，并且其中需要更高功率的激光器输送足够的功率以对组织深部成像。类似地，许多照射源不会立即关闭，而是在输出功率达到足够低的值(例如，大约为零；例如，低于将产生对应于检测器本底噪声的信号的值)之前还存在稳定时间延迟。普通激光源的典型开/关延迟和稳定时间约为几秒钟。
斩波器之类的调制器也不能用于使照射与CCD相机的全局曝光阶段同步。调制器通过以周期性的方式周期性地阻挡和不阻挡照射光束来提供周期性照射。产生周期性变化的照射不允许将照射与CCD相机的特定阶段同步，因为照射光束的阻挡和不阻挡以周期性间隔发生，而不是响应于CCD相机的图像获取序列所处的哪个阶段。因此，调制器方法不能解决CCD相机处于全局曝光阶段时与不处于全局曝光阶段的施加不相同的事实，并且如果将不同的全局曝光时间用于不同的图像(例如，高动态范围(HDR)成像所需的)，则不能使用调制器方法。
如下所述，本文所述的系统和方法提供了两种方法，其解决了将照射与CCD相机的全局曝光阶段同步的挑战，并且即使照射源不能以足够的速度打开和关闭，也允许将照射与CCD相机的全局曝光阶段同步。这两种方法基于(i)使用旋转电流计反射镜系统和(ii)使用激光快门系统。两种方法可以单独使用或组合使用。图2示出了示例性光学层析成像系统200的示意图，其示出了用于将照射与CCD相机220的全局曝光阶段同步的旋转电流计反射镜方法和激光快门方法。
B.i经由旋转(源)电流计反射镜的照射控制
在图2中所示的示例光学层析成像系统200中，照射源102被对准并且可操作以将照射光束从其输出104引导到源电流计反射镜202。源电流计反射镜202是旋转电流计反射镜，并且可操作以旋转多个角度。
在一些实施例中，源电流计反射镜202被对准，使得(i)在第一旋转角将(例如，通过反射)照射光束引导到要成像的一个或多个对象114a、114b、114c和(ii)在第二旋转角引导(例如，通过反射)照射光束远离要成像的一个或多个对象114a、114b、114c。
例如，在图2中所示的光学系统200中，源电流计反射镜202被对准，使得当其旋转至第一旋转角时，其将照射光束经由反射沿着光路212引导至电流计光学扫描仪106。电流计光学扫描仪106提供对通过扫描区域116内的多个激发位置的照射光束的扫描，以便在多个照射位置处照射要成像的一个或多个对象。
在一些实施例中，例如，如图2所示，系统包括光束收集器216，其定位成使得当源电流计反射镜202旋转到第二旋转角时将照射光束引导(例如，沿着光路214)到光束收集器216。以这种方式将照射光束引导到光束收集器216允许光束收集器216吸收大部分照射光束，并减少当不在全局暴露阶段时可能被散射并到达CCD相机的传感器阵列的杂散照射光的量。
旋转电流计反射镜通常可操作以在几百微秒(μs)(例如100μs；例如200μs；例如300μs；例如400μs)内的不同角度之间旋转。因此，源电流计反射镜202可以在第一旋转角和第二旋转角之间旋转，以在显著短于CCD快门延迟和/或读出时间的时间内分别将照射引导至或远离要成像的一个或多个对象。
在一些实施例中，该系统包括源壳体206，该源壳体容纳源电流计反射镜202、照射源102和/或其输出104(例如，在一些实施例中，照射源是光纤耦合源，使得仅发射照射光束的光纤的末端需要容纳在源壳体206中)，以及在系统中包括时也容纳光束收集器216。源壳体206包括出口208。对准源电流计反射镜202，使得当其旋转到第一旋转角时，照射光束被引导通过出口208，并到达要成像的一个或多个对象。对准源电流计反射镜202，使得当其旋转至第二旋转角时，照射光束被引导离开出口208，例如被引导至源壳体206内的光束收集器216。源壳体206对于照射光是基本上不透明的，并且可以包括光学挡板，以在源电流计反射镜202旋转到第二旋转角时最小化杂散照射光从源壳体206离开并到达CCD相机(例如，当CCD相机不在全局曝光阶段时最小化杂散照射光到达CCD传感器阵列)。
该系统还可以包括光学系统壳体，该光学系统壳体容纳照射源102和/或其输出104(例如，在一些实施例中，照射源是光纤耦合源，使得仅发射照射光束的光纤的末端需要容纳在源壳体206中)，源电流计反射镜202，要成像的一个或多个对象114a、114b、114c和CCD相机。光学系统壳体对于光基本上是不透明的，并且基本上防止环境光到达CCD相机的传感器阵列。以这种方式，使用光学系统壳体可以进一步减小在未完全曝光时到达CCD相机的传感器阵列的任何光，不仅仅是照射光和杂散光。
B.ii通过激光快门的照射控制
在一些实施例中，如图2所示，系统200包括激光快门204，其定位在照射光束被导向要成像的一个或多个对象114a、114b、114c时在照射光束的光路212中。激光快门204可操作为自动打开和关闭。当激光快门204打开时，允许照射光束通过激光快门204，从而照射一个或多个对象114a、114b、114c。当激光快门204关闭时，其阻挡照射光束，从而防止一个或多个对象114a、114b、114c被照射光束照射。
因此，通过打开和关闭激光快门204，可以分别有效地打开和关闭照射光束对一个或多个对象的照射。激光快门通常可操作以在几ms(例如1ms；例如1.5ms；例如2ms)内打开和关闭。因此，可以在比CCD快门延迟和/或CCD相机的读取时间显著短的时间内经由激光快门204的打开和关闭来打开和关闭照射。
利用激光快门来控制一个或多个要成像的对象的照射的系统可以包括容纳照射源102和/或其输出104的源壳体206。激光快门204被定位成紧邻源壳体的出口208。例如，如图2所示，激光快门204可以直接位于出口208的前面，使得当激光快门204打开时，照射光束被允许穿过激光快门204，然后穿过出口208。激光快门还可以直接定位在出口208处，或者紧接在其后，并且类似地控制要成像的一个或多个对象的照射。在一些实施例中，与激光快门204的其他定位相比，将激光快门204定位在出口208之前减少了可能离开源壳体206并到达CCD传感器阵列的杂散光的量和/或杂散光离开源壳体206并到达CCD传感器阵列的可能性。
在一些实施例中，利用激光快门204的系统包括光学系统壳体，该光学系统壳体容纳照射源102和/或其输出104，激光快门204，一个或多个要成像的对象114a、114b、114c以及CCD相机。如以上关于用于使照射与CCD相机的全局曝光阶段同步的基于源电流计反射镜的方法所描述的，这种光学系统壳体可以用于最小化在没有完全曝光时到达CCD相机的传感器阵列的环境光的量。
B.iii单独使用或组合使用源电流计反射镜和/或激光快门
本文所述的系统和方法可单独使用源电流计反射镜202或激光快门204来控制对一个或多个对象的照射。在一些实施例中，源电流计反射镜202和激光快门204两者结合使用，如图2所示。
例如，如图2所示，可以将激光快门204定位在源电流计反射镜202之后，以最小化当不打算照射物体时(例如，当CCD不在全局曝光阶段时)到达CCD的传感器阵列(例如，通过对一个或多个对象的照射和/或直接散射到传感器阵列上)的意外照射光的量。当使用高功率激光器时，这种方法可能是理想的。这样的高功率激光器可以高达约几百mW(例如，大约100mW；例如，大于或近似等于100mW；例如，大于或近似等于200mW；例如，大于或近似等于300mW；例如，大于或近似等于500mW；例如，大于或近似等于750mW；例如，近似1W)的输出功率输出照射光束。这样的高功率激光器可以在照射光束的束腰处聚焦成小于1mm的光斑尺寸。
在一些实施例中，同时利用源电流计反射镜202和激光快门204的系统包括源壳体206，其容纳源电流计反射镜202、激光快门204、照射源102和/或其输出104，并且当包含在系统中还容纳光束收集器216。该系统还可以包括光学系统壳体，该光学系统壳体容纳源电流计反射镜202，激光快门204，照射源102和/或其输出104，一个或多个要成像的对象114a、114b、114c和CCD相机。
B.iv图像获取与同步照射
源电流计反射镜和/或激光快门允许通过源电流计反射镜202的旋转和/或激光快门204的自动打开和关闭来控制一个或多个对象的照射。由上述的源电流计反射镜202和/或激光快门204方法提供的照射控制可用于在图像获取期间使照射与CCD的全局曝光阶段同步。
图4A示出了示例过程400a，该过程用于使用如上所述由源电流计反射镜202提供的照射控制，以在图像获取期间使一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步。如以上关于图2描述的，照射光束从照射源102的输出104被引导至源电流计反射镜202(410a)。在图像获取期间，基于CCD相机是否处于全局曝光阶段，分别地，源电流计反射镜202在第一旋转角和第二旋转角之间旋转以选择性地照射一个或多个对象或防止其照射。
为了在CCD处于全局曝光阶段时选择性地照射一个或多个对象，分别地，响应于表示开始和结束CCD相机的全局曝光阶段的接收到的信号，将源电流计反射镜202在第一和第二旋转角之间旋转。
特别地，为了获取给定图像，源电流计控制器模块接收(420)指示CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号。响应于接收到的第一触发信号，源电流计反射镜202旋转到第一旋转角(430a)，从而提供对一个或多个对象的照射。源电流计反射镜202在CCD相机的全局曝光阶段的持续时间内(例如，全局曝光时间内)保持在第一旋转角，直到源电流计控制器模块接收到指示全局曝光阶段结束的第二触发信号(440)。响应于第二触发信号，源电流计反射镜被旋转到第二旋转角(450a)，从而将照射引导远离一个或多个对象，使得它们不被照射。
可以使用类似的方法，通过激光快门204提供的照射控制，将对一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步。
图4B示出了示例过程400b，该过程用于使用如上所述由激光快门204提供的照射控制，以在图像获取期间使一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步。如以上关于图2描述的，照射光束从照射源102的输出104引导通过激光快门204(410b)。在图像获取期间，基于CCD相机是否处于全局曝光阶段，打开和关闭激光快门以选择性地允许或防止对一个或多个对象的照射。
为了在CCD处于全局曝光阶段时选择性地照射一个或多个对象，分别地，响应于接收到的表示CCD相机的全局曝光阶段开始和结束的信号，激光快门204自动打开和关闭。
特别地，为了获取给定图像，激光快门控制器模块接收(420)指示CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号。响应于接收到的第一触发信号，激光快门被打开，使得照射光束被允许通过激光快门并照射一个或多个对象。激光快门204在CCD相机的全局曝光阶段的持续时间内(例如，全局曝光时间内)保持打开，直到由激光快门控制器模块接收到指示全局曝光阶段结束的第二触发信号(440)。响应于第二触发信号，激光快门204被关闭(450a)，从而阻挡照射光束并防止对一个或多个对象的照射。
以这种方式，处理400a和400b可被用于获取一个或多个对象的一个或多个图像(470)，对于每一个获取的图像执行步骤420、430a和/或430b、440和450a和/或450b。只要例如对于由电流计光学扫描仪106执行的扫描的每个激发位置或激发位置集合需要附加的图像，就重复所述步骤(460)。一旦获取了期望的图像，就可以例如通过层析成像重建算法来存储和/或进一步处理它们，以创建一个或多个对象的一个或多个层析图像(480)。
图3示出了示例性时序图300，其用于将源电流计反射镜202和激光快门204与CCD相机的全局曝光阶段同步。时序图300示出了在对应于第一图像310和第二图像350的获取的时间期间CCD相机的图像获取序列的阶段、CCD快门的位置、源电流计反射镜的位置以及激光快门的位置。如图3所示，一旦开始获取第一图像，则CCD快门打开，并且达到图像获取序列的全局曝光阶段，其中CCD传感器阵列被完全曝光。CCD快门在全局曝光阶段期间保持打开状态，此后读出阶段开始，CCD快门关闭。在开始图像获取之前，将源电流计反射镜202旋转到第二旋转角，从而将照射光束引导远离要成像的对象，并且例如引导至光束收集器。
在一些实施例中，源电流计反射镜不旋转到第一旋转角以将照射光束引导到要成像的对象，直到CCD快门完全打开并且达到全局曝光阶段。如图3所示，一旦CCD快门完全打开，源电流计反射镜就会旋转到第一个旋转角度。示例时序图300涉及图2的光学层析成像系统200，并且表示当源电流计反射镜旋转到第一旋转角时，它将照射光束引导到电流计光学扫描仪106，其又将照射光束引导到扫描区域116内的位置。在整个全局曝光阶段中，源电流计反射镜202保持旋转至第一旋转角。一旦全局曝光阶段结束，并且CCD快门开始关闭，则源电流计反射镜旋转回到第二旋转角，并且将照射光束引导到光束收集器216。源电流计反射镜保持旋转到第二旋转角，直到CCD快门第二次完全打开，并且用于获取第二图像的第二全局曝光阶段开始。
类似地，在一些实施例中，激光快门开始204关闭图像获取序列，一旦CCD快门完全打开并且全局曝光阶段开始就打开。激光快门204在整个全局曝光阶段保持打开，并且一旦CCD快门开始关闭就关闭。激光快门204保持关闭，直到CCD快门第二次完全打开，并且用于获取第二图像的第二全局曝光阶段开始。
因此，借助于源电流计反射镜202和/或激光快门204提供的照射控制，在图像获取期间，要成像的对象在CCD相机的全局曝光阶段被照射，并且在其他时间(例如CCD快门处于打开过程中和/或在读取过程中)防止其被照射。
值得注意的是，如上讨论和图3中所示，源电流计反射镜和激光快门可以在允许(例如，将源电流计反射镜旋转到第一旋转角；例如，打开激光快门)和防止(例如，将源电流计反射镜旋转到第二旋转角；例如，关闭激光快门)比CCD快门可以打开和关闭更快速地照射对象之间切换。例如，CCD快门打开和关闭可能需要大约40ms，而源电流计反射镜仅需几百μs从第一旋转角旋转到第二旋转角，反之亦然，并且激光快门可以在大约1.5ms的时间内打开和关闭。
在图3的时序图300中，当获取给定图像时，读出阶段被示出为紧随全局曝光阶段，并且CCD快门被示出为在读出阶段期间关闭。用于全局曝光和读出阶段以及CCD快门定时的其他定时配置也是可能的，并且本文描述的同步照射方法可以容易地与这些不同的配置一起使用。例如，在一些实施例中，一旦CCD快门完全关闭，则读出阶段可以开始，使得CCD快门关闭的时间段不与读出阶段重叠。如同上面关于图3描述的实例，源电流计和/或激光快门可用于控制对一个或多个对象的照射，使得当获取给定图像时，在全局曝光阶段照射物体并在CCD快门打开和关闭时以及在读取阶段防止其被照射。
B.v控制信号
可以使用各种方法和控制信号来同步源电流计反射镜和/或激光快门的旋转，以便在全局曝光阶段开始时就开始对一个或多个对象的照射，并在全局曝光阶段结束时防止照射。
在一些实施例中，如图2B所示，本文所述的系统和方法利用源电流计控制器模块230a来自动地在第一旋转角和第二旋转角之间调节源电流计反射镜202的旋转。源电流计控制器模块230a通过向源电流计反射镜202提供旋转信号(例如，电子信号；例如，时变电压；例如，时变电流)自动调节源电流计反射镜。通过改变旋转信号(例如，电压幅度；例如电流幅度)的值，可以改变源电流计反射镜202的旋转角度，使得当旋转信号具有第一旋转信号值时，源电流计反射镜202旋转到第一旋转角，并且当旋转信号具有第二旋转信号值时，源电流计反射镜旋转到第二旋转角202，
在一些实施例中，根据图4A中所示的示例过程400a，在步骤420，源电流计控制器模块230a接收指示CCD相机220的全局曝光阶段的开始的第一触发信号。响应于接收到第一触发信号，在步骤430a，源电流计控制器模块230a将旋转信号的值调整为第一旋转信号值，从而将源电流计反射镜旋转至第一旋转角。在步骤440，源电流计控制器模块230a接收第二触发信号，该第二触发信号指示全局曝光阶段的结束。响应于第二触发信号的接收，在步骤450a，源电流计控制器模块230a将旋转信号的值调整为第二旋转信号值，从而将源电流计反射镜旋转至第二旋转角。
类似地，激光快门控制器模块230b可以用于自动打开和关闭激光快门204。激光快门控制器模块230a通过向激光快门204提供激光快门信号(例如，电子信号；例如，时变电压；例如，时变电流)自动打开和关闭激光快门204。通过改变激光快门信号的值(例如，电压幅度；例如，电流幅度)，可以自动打开和关闭激光快门204。例如，当激光快门信号具有第一激光快门信号值时，激光快门204打开，而当激光快门信号具有第二激光快门信号值时，激光快门204关闭。
在一些实施例中，根据图4B中所示的示例性过程400b，在步骤420，激光快门控制器模块230b接收指示CCD相机220的全局曝光阶段的开始的第一触发信号。响应于接收到第一触发信号，在步骤430b，激光快门控制器模块230b将激光快门信号的值调节为第一激光快门信号值，从而打开激光快门204。在步骤440，激光快门控制器模块230b接收第二触发信号，该第二触发信号指示全局曝光阶段的结束。响应于第二触发信号的接收，在步骤450b，激光快门控制器模块230b将激光快门信号的值调整为第二激光快门信号值，从而关闭激光快门。
源电流计控制器模块230a和激光快门控制器模块230b可以以各种方式实现。特别地，在一些实施例中，源电流计控制器模块230a和/或激光快门控制器模块230b是通过微控制器实现的。在一些实施例中，源电流计控制器模块230a和/或激光快门控制器模块230b被实现为专用电子电路。在一些实施例中，例如其中源电流计反射镜202和激光快门204都被组合使用，则使用单个微控制器或单个电子电路来实现源电流计控制器模块230a和激光快门控制器模块230b。
在一些实施例中，使用CCD相机提供的CCD输出信号，第一和第二触发信号被提供给控制器模块(例如，源电流计控制器模块230a和/或激光快门控制器模块230b)。在一些实施例中，CCD输出信号是电信号，例如电压，其根据CCD相机在图像获取序列中所在的哪个阶段而变化。因此，CCD输出信号的变化可以用作CCD相机何时开始和/或结束全局曝光阶段的指示，并因此控制源电流计反射镜的旋转和/或激光快门的状态。CCD相机可以提供各种不同的CCD输出信号，并用于控制源电流计反射镜的旋转和/或激光快门的状态，例如，取决于所用CCD相机的特定类型和其他设计注意事项。
图5示出了三个示例CCD输出信号及其在整个图像获取序列中的时间上的变化。第一示例CCD输出信号是快门输出510，其随着CCD快门的打开和关闭而变化。快门输出510在第一水平[例如，低电压(例如，低于低阈值，使得它可以被解释为数字0)]和第二水平[例如，高电压(例如，高于高阈值，使得它可以被解释为数字1)]之间变化。如图5所示，快门输出510最初处于第一水平，并且一旦CCD快门的打开开始就上升到第二水平。在CCD快门打开时，以及在CCD快门完全打开且CCD传感器阵列完全曝光的整个时间段内，快门输出保持在第二水平。在全局曝光阶段结束时，一旦开始关闭CCD快门，快门输出便会降至第一水平，并保持在那里，直到再次启动CCD快门的打开，例如，以获取下一图像。
第二示例信号被称为击发输出530。与快门输出510一样，击发输出530在第一水平[例如，低电压(例如，低于低阈值，使得它可以被解释为数字0)]和第二水平[例如，高电压(例如，高于高阈值，使得它可以被解释为数字1)]之间变化。当图像获取开始时，击发输出530最初处于第一水平，并且一旦CCD快门完全打开，则上升到第二水平，并且一旦CCD快门开始关闭，则下降回到第一水平。击发输出530保持在第一水平，直到CCD快门再次完全打开，例如，在用于获取下一图像的图像获取序列的全局曝光阶段期间。因此，击发输出530处于第二水平的时间段对应于全局曝光阶段，击发输出530处于第二水平的持续时间-击发脉冲持续时间532-对应于全局曝光时间。
取决于各种CCD输出信号随CCD相机的全局曝光阶段而变化的方式，可以使用各种方法来自动控制源电流计反射镜的旋转和/或激光快门的打开和关闭。
特别地，在一些实施例中，当CCD输出信号的变化与CCD相机开始和结束其全局曝光阶段时基本同时(例如，同时)发生时，CCD输出信号的适当缩放形式可以用作旋转信号和/或激光快门信号。例如，如果由源电流计控制器模块接收的CCD输出信号是击发输出530，则源电流计控制器模块可以提供旋转信号作为击发输出530的缩放形式，其中击发输出被缩放使得击发输出530的第一水平被缩放为与第一旋转信号值相同，击发输出530的第二水平被缩放为与第二旋转信号值相同。类似地，激光快门控制器模块可以提供激光快门信号作为击发输出530的缩放形式，其中击发输出被缩放使得击发输出530的第一水平被缩放为与第一激光快门信号值相同，击发输出530的第二水平被缩放为与第二激光快门信号值相同。在这些情况下，不需要延迟或复杂的处理，并且可以使用最少的专用电子电路(例如，仅无源电子组件)来实现源电流计控制器模块和/或激光快门控制器模块，尽管更复杂的电子器件例如微控制器仍然可以使用。根据以上关于图4A和图4B描述的过程400a和400b，第一触发信号对应于击发输出530从第一水平到第二水平的转变，第二触发信号对应于击发输出530从第二水平到第一水平的转变。
在一些实施例中，CCD输出信号的变化发生在与CCD相机的全局曝光阶段的开始和/或结束略有不同的时间。例如，在全局曝光阶段开始之前，一旦CCD快门开始打开，图5中所示的快门输出510从第一水平转变为第二水平。由于全局曝光阶段开始一个已知的时间-快门输出510从第一水平到第二水平转变后的CCD快门延迟时间，因此快门输出510的这种变化可被用于指示全局曝光阶段的开始，但是源电流计控制器模块和/或激光快门控制器模块必须考虑快门输出510的该转变与全局曝光阶段的开始之间的延迟。例如，源电流计控制器模块可以接收快门输出510，并且在对应于CCD快门延迟的时间段之后，将旋转信号的值从第一旋转信号值调整为第二旋转信号值。类似地，激光快门控制器模块可以接收快门输出510，并且在与CCD快门延迟相对应的时间段之后，将激光快门信号的值从第一激光快门信号值调整为第二激光快门信号值。根据以上关于图4A和图4B描述的过程400a和400b，第一触发信号对应于快门输出510从第一水平到第二水平的转变，第二触发信号对应于快门输出510从第二水平到第一水平的转变。
在一些实施例中，图像获取过程还包括将图像获取信号提供给CCD相机，以便启动一个或多个图像的获取。也就是说，为了获取图像，将图像获取信号发送到CCD相机，使CCD相机开始其图像获取序列(例如，初始化其检测器像素；例如，打开CCD快门)。在一些实施例中，图像获取信号包括标称曝光时间，该标称曝光时间设置用于获取给定图像的全局曝光阶段的持续时间。标称曝光时间对应于CCD相机的实际输入设置，并且其定义可根据所用的特定CCD相机(例如，型号和制造商)而有所不同。对于给定的CCD相机，标称曝光时间与全局曝光时间具有固定的函数关系，因此，可以确定与特定的期望全局曝光时间相对应的标称曝光时间，并将其提供给CCD相机以使用特定的期望全局曝光时间获取图像。
例如，在一些实施例中，第一特定CCD相机的标称曝光时间被定义为从CCD快门开始打开到CCD快门开始关闭的时间。因此，对于此第一特定CCD相机，标称曝光时间对应于全局曝光时间加上CCD快门延迟。在另一实例中，对于第二特定CCD相机，标称曝光时间可以被定义为从CCD快门完全打开到CCD快门开始关闭的时间。因此，对于该第二特定CCD相机，标称曝光时间与全局曝光时间相同。因此，对于给定的特定CCD相机，可以容易地确定与特定的期望的全局曝光时间相对应的标称曝光时间，并且经由图像获取信号将其提供给CCD相机。提供给CCD相机的标称曝光时间可以随图像的不同而变化，从而可以使用不同长度的全局曝光时间获取不同的图像。这种方法与例如下面更详细描述的HDR成像应用有关。
B.vi不用CCD快门的图像获取
在一些实施例中，用于使照射与CCD相机的成像序列同步的方法允许在不使用CCD快门的情况下获取图像(例如，在CCD的整个操作过程中可以去除CCD快门或保持其完全打开)。如上所述，可以使用CCD快门来消除或减少由于CCD读出进行的列方式或行方式导致的检测器像素的局部曝光时间的差异。由于CCD快门延迟通常比CCD读取时间短，因此CCD快门可以解决可用于获取图像的最小曝光时间而不会引入严重伪影。
在一些实施例中，因为本文所述的同步照射方法防止了在读出期间光到达CCD传感器阵列，所以使CCD快门变得多余。特别地，在一些实施例中，在CCD相机的整个操作过程中，可以去除CCD快门或将其完全打开。在这种情况下，CCD相机的全局曝光阶段与其全局整合阶段相同，该阶段在其检测器像素初始化并开始其局部整合阶段后开始，并在读出开始后结束。因此，一旦全局整合阶段开始，本文所述的任何方法都可用于向要成像的一个或多个对象提供照射，并在CCD相机的读出阶段期间防止对一个或多个对象的照射。在一些实施例中，由于不需要等待CCD快门在照射一个或多个对象之前完全打开和/或在防止照射一个或多个对象之前完全关闭，因此该方法允许更快的成像。即，在全局曝光阶段和读出阶段之间没有延迟。
C.成像应用
本文所述的同步成像方法适用于需要快速、高灵敏度图像获取的各种应用。此类应用包括但不限于以下所述的高动态范围(HDR)和光学层析成像应用。
C.i HDR成像
在一些实施例中，本文描述的方法促进了高动态范围(HDR)成像。HDR成像涉及获取两个图像，一个图像紧接另一个图像，以使两个图像代表由传感器阵列检测到的图像形成光中基本上相同的空间变化。这两个图像形成HDR图像集。HDR图像集的第一图像是短曝光图像，HDR图像集的第二图像是长曝光图像。使用短的全局曝光时间获取短曝光图像。在一些实施例中，短的全局曝光时间足够短，以使得短曝光图像不包括任何饱和图像像素。使用长于短全局曝光时间的全局曝光时间获取长曝光图像，并且长曝光图像可以包括饱和的图像像素。
HDR成像具有优势，因为HDR图像集提供了比标准单个获取图像改进的动态范围。但是，由于HDR成像有效地使获取的图像数量增加了一倍，因此可能会更加耗时。因此，本文所述的用于快速图像获取的系统和方法提供了利用HDR图像集提供的高动态范围的机会，同时保持了合理的图像获取时间。
在一些实施例中，HDR成像可用于光学层析成像方法中，其中当通过照射光束在多个照射位置照射一个或多个对象时获取HDR图像集，使得对于每个照射位置或一个或多个照射位置的集合，获取相应的HDR图像集。
利用HDR成像提供的高动态范围的能力对于荧光层析成像尤其有利。如上所述，荧光层析成像包括在多个照射位置照射要成像的一个或多个对象。在一些实施例中，通过检测作为在照射位置处照射一个或多个对象的结果而从一个或多个对象发射的荧光获取多个发射(例如，荧光)图像。还可以获取在多个照射位置处的照射之后与检测到的透射通过(例如，以透射照射几何形状)一个或多个对象或被一个或多个对象反射的激发光对应的激发光图像。
由于光传输在生物组织中的散射或扩散特性，激发和发射光子在要成像的对象中传播所沿的路径的长度范围可以在宽的范围内变化-从几毫米到几厘米。因此，在动物上可检测到的激发和荧光信号的强度范围可以是宽的。改善激发信号和荧光信号的检测和成像的动态范围会增加可用于在获得的图像中代表检测到的光的强度波动的数据点的数量。这又提供了检测到的光的更准确表示，并且改善了使用这种获取的图像的层析成像术重建。因此，近年来，HDR成像在基于CMOS的传感器或相机中变得流行。但是，使用CCD相机执行HDR成像通常会导致晕状伪影，这会降低用CCD相机获取的HDR图像的质量。
成像检测器的动态范围对应于单个获取图像中最高可检测信号水平(饱和水平)与最小可检测信号水平(背景水平)之比。通常，通过获取原始信号的以2为底的对数(log2)，将该比率转换为位数并表示为位数(例如，动态范围比率16000等于13.97＝log2(16000)位)。在CCD中，可检测的最高和最低信号水平由许多因素决定。饱和水平由阱容量、输出节点容量以及CCD图像传感器和读出电路的A/D数字化上限确定。最低水平由图像传感器的背景噪声和CCD相机的A/D数字化下限确定。
如上所述，检测器像素响应于照射其表面的光而累积电荷。由CCD相机的特定检测器像素或一组检测器像素获取的信号可以以电子(e-)为单位，根据累积电荷量来量化。由特定检测器像素获取的信号也可以用数字单位(DN)表示，该数字单位对应于通过读出累积电荷并执行A/D转换和累积电荷数字化获得的数字信号。电子单位与数字单位(DN)之间的转换系数取决于CCD增益。可以根据CCD的工作模式更改CCD增益。例如，CCD相机可以在高增益模式或低增益模式下操作。
当(i)满阱容量、(ii)输出节点容量或(iii)CCD相机的A/D数字化上限中的任何一个超出时，CCD相机发生饱和。CCD相机的满阱容量可以指其检测器像素的满阱容量，即CCD相机的单个物理检测器像素用于累积电荷的总容量(例如CCD的每个检测器像素具有相同的满阱容量)。CCD相机的满阱容量部分取决于其检测器像素的大小。例如，CCD相机的典型满阱容量为100K e-。当总累积电荷超过CCD相机的检测器像素的满阱容量时，发生饱和。
在一些实施例中，片上合并可以与CCD相机一起使用以增加CCD相机的满阱容量。CCD中的片上合并将检测器像素合并为更大的合并像素，这样，获取图像的每个图像像素不对应于单个检测器像素，而是对应一组合并的检测器像素(例如，相邻检测器像素的2x 2阵列；例如，相邻检测器像素的4x 4阵列)。合并的检测器像素的组提供更大的满阱容量(例如，对应于合并的检测器像素的数量与单个检测器像素的满阱容量的乘积)。因此，通过牺牲图像空间分辨率，片上合并增加了满阱容量，并允许电荷在饱和之前的更大积累。例如，如果在额定100K e-满阱容量的2K x 2K像素CCD上使用2乘2合并，则获取的图像大小将为1K x 1K，总满阱容量为400K e-。
CCD相机的输出节点容量也影响饱和水平。输出节点容量可以指用于从传感器阵列的检测器像素中读出累积电荷的芯片外存储器或电子节点的总容量。在一些实施例中，当不使用芯片上合并时，输出节点具有比CCD的满阱容量(例如，未合并的满阱容量)更高的容量。在高的片上合并水平(例如4x 4合并)，输出节点容量可低于满阱容量。与满阱容量一样，如果获取的图像中累积的电荷量超过输出节点容量，则发生饱和。
由于CCD读出的串行特性，由于累积电荷超过满阱容量或输出节点容量而产生的饱和将产生晕状伪影，该伪影通常以获取图像中的垂直条纹形式出现。由于饱和而产生晕状伪影的可能性是CMOS成像器和CCD相机之间的显著差异。结果，在CCD中执行HDR成像并非易事，并且比CMOS图像更具挑战性，因为必须避免在HDR图像集的长曝光图像中出现晕状伪影。
如果获取的图像中累积的电荷超过CCD相机的A/D数字化上限，也会发生饱和。A/D数字化上限和下限是根据CCD相机的增益设置和CCD相机允许的总数字化位确定的。CCD相机的增益设置可以表示为每个数字单位的电子数量(例如e-/数字单位；例如e-/DN)。特定CCD相机允许的总数字化位因相机而异。例如，可以使用各种CCD，例如14位、16位和32位CCD相机。
例如，在16位相机中，获取的图像的非零数字像素值不能超出1到65535(2^16)的范围。根据各个检测器像素累积的电荷量以及CCD相机的增益设置，某些检测器像素累积的电荷量可对应于该范围之外的数字化信号水平。这样的像素因此是饱和的。例如，对于2e-/DN的增益设置，任何高于131070e-或低于2e-的电荷读出将超出该数字化范围，因此超出动态范围。但是，值得注意的是，以这种方式发生的饱和-通过超过A/D数字化上限-的确产生晕状伪影。因此，如果累积电荷超过A/D数字化上限，但低于CCD相机的输出节点容量和满阱容量，则将发生饱和而不会引起晕状伪影。
在一些实施例中，本文描述的系统和方法包括使用HDR成像方法，其中调节CCD图像获取设置，特别是片上合并，使得HDR图像集的长曝光图像中的饱和由A/D数字化产生，而不是从累积电荷的量超过(i)CCD的满阱容量和(ii)CCD的输出节点容量中的任意一个产生。即，如上所述，对于CCD相机存在三个饱和极限。首先，CCD相机的满阱容量饱和极限由CCD相机的满阱容量以及片上合并设置确定。其次，输出节点容量饱和极限由CCD相机的输出节点容量确定。第三，如上所述，A/D数字化饱和极限由CCD相机的A/D数字化上限以及增益设置确定。当调整CCD图像获取设置以使饱和由超出A/D数字化饱和极限引起而既不是满阱容量饱和极限，也不是输出节点容量饱和极限引起时，可以避免出现晕状伪影，并且可以用CCD相机实现无伪影HDR成像。
图8示出了示例过程800，其用于在利用CCD相机执行HDR成像时避免晕状伪影。在一个或多个照射位置810处照射要成像的一个或多个对象。通过检测由于在一个或多个照射位置处的照射而从一个或多个对象发射的光，获取一个或多个HDR图像集。这样的HDR图像集对应于发射图像集，例如荧光图像集。HDR图像集还可通过检测在一个或多个照射位置处的照射之后透射通过一个或多个对象或由一个或多个对象反射的照射光来获取。例如，在荧光光学层析成像应用中，除了通过检测发射的荧光来获取的激发图像之外，通常还检测用于从一个或多个对象激发荧光的激发光以获取激发图像。通过获取短曝光图像820a和长曝光图像820b来获取820每个HDR图像集。如上所述，通过调整用于CCD相机的片上合并获取长曝光图像，使得基于调整的片上合并水平的满阱容量饱和极限超过A/D数字化饱和极限820b。以此方式，通过将CCD检测器像素曝光足够长的时间以超过A/D数字化饱和极限，而不是满阱容量饱和极限(例如，并且也不超过CCD相机的输出节点容量饱和极限)来选择性地饱和所述饱和的图像像素，避免了长曝光图像中的晕状伪影。
可以针对所需许多的HDR图像集重复这种用于获取长和短曝光图像以形成HDR图像集的方法830。可以以这种方式获取840一个或多个HDR图像集。一旦获取了HDR图像集，就可以存储和/或访问HDR图像集以进行显示和/或进一步处理，例如用于创建3D层析成像重建850。
C.ii光学层析成像
在一些实施例中，本文描述的系统和方法可以用于促进小型动物的光学层析成像。例如，用于使对一个或多个对象(例如，受试者；例如，小动物)的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步的方法可以用于提高获取多个图像的速度，所述多个图像在层析成像重建技术中用于获取层析图像。例如，在荧光光学层析成像应用中，一个或多个对象在多个照射位置被照射，并且对于每个照射位置，可以使用本文所述方法获取对应的发射图像以及可选地对应的激发图像。在一些实施例中，本文描述的系统和方法与美国申请15/654,442的和在上面相对于图1和图2描述的电流计光学扫描方法结合使用。在电流计光学扫描方法中，在一些实施例中，对于电流计光学扫描器将激发光束引导到的扫描区域116中的每个激发位置，可以使用本文所述的同步照射方法获取发射图像和可选的激发图像。在一些实施例中，当使用如上文以及美国申请15/654,442中详细描述的多路复用方法时，可以使用本文所述的同步照射方法针对电流计反射镜光学扫描器将激发光束引导到的每个激发位置集获取发射图像以及可选的激发图像。
本文所述的系统和方法提供的快速图像获取能力特别适用于在宽视场内成像，例如对多个小动物成像。在宽视场中成像需要使用大幅面CCD相机，该相机能够以足够的分辨率获取完整视场的图像。例如，在一些实施例中，CCD相机的视场沿着第一和/或第二尺寸大于或近似等于100mm(例如，从100至200mm)。在一些实施例中，用于对这样的大视场成像的大幅面CCD相机包括至少256×256个检测器像素，并且具有沿着第一和/或第二尺寸测量大于或近似等于1/2英寸的传感器阵列。在一些实施例中，使用具有1000乘1000(1K乘1K)检测器像素的CCD相机。在一些实施例中，使用具有2000×2000(2K×2K)检测器像素的CCD相机。在一些实施例中，CCD相机具有沿着第一和/或第二尺寸测量大于或近似等于1英寸的传感器阵列。
对于此类大幅面CCD相机，由于大的传感器阵列尺寸和包括的检测器像素数量，因此快门延迟和读出时间非常重要。因此，克服由本文所述的系统和方法提供的CCD快门延迟和读出时间所施加的最小全局曝光时间的限制的能力很重要。例如，在一些实施例中，本文描述的方法允许在几十毫秒内获取层析扫描的每个图像。在一些实施例中，如下面的实例所示，在层析扫描中获取100幅或更多图像(例如50幅发射图像和50幅激发图像)，其中至少一些是在小于或近似等于200ms(例如，小于或近似等于150ms；例如小于或近似等于120ms)的时间内获取。
图9示出了示例过程900，其用于使用本文所述的同步照射方法利用CCD相机执行荧光光学层析成像。待成像的一个或多个对象在多个照射位置处用用于激发荧光的激发光照射(例如，在一个或多个对象的内部或表面)910。通过使用CCD相机和本文描述的同步照射方法检测来自一个或多个对象的发射的荧光获取多个发射图像920。如上所述，每个发射图像对应于特定的照射位置或特定的多个照射位置的集合(例如，如在上述的多路复用方法中)，并且通过检测在相应的特定照射位置或一组照射位置照射产生的从一个或多个对象发射的荧光获得。在一些实施例中，还通过检测透射通过(例如，在透射照射几何中)一个或多个对象或由一个或多个对象(例如在落射照射几何中)反射的激发光，获取每个特定照射位置或一组照射位置的激发图像。计算设备930的处理器接收和/或访问与多个获取的图像(例如，发射图像和可选的激发图像)相对应的数据，并用于创建一个或多个对象的一个或多个3D层析图像940。
C.iii其他成像应用
在一些实施例中，本文描述的照射同步方法可以用于各种其他成像应用中，通常在其中照射光源可以与CCD相机的全局曝光阶段同步以实现基于CCD的快速成像的任何应用中。这样的应用包括但不限于显微镜、光谱学等。本文描述的方法特别与生物成像应用有关，例如小动物的体内成像，其中快速图像获取很重要。
D.实例
实例1、2和3是计算实例，其提供了使用光学系统对三只小鼠进行荧光光学层析成像的成像速度的示例分析，该光学系统采用电流计光学扫描仪快速扫描激发光束以照射在三只小鼠上的多个位置。如上所述，在美国专利申请15/654,442中详细描述了基于电流计反射镜光学扫描仪的方法。实例计算获得三只小鼠的层析图像所需的总时间，包括获取用于通过层析成像重建来创建层析图像的荧光和激发图像所需的时间。层析成像重建过程的计算时间从该分析中排除。使用示例(实际)CCD和sCMOS相机的参数执行该计算分析。实例1和2使用由上述CCD快门延迟和读出时间限制确定的CCD相机的全局曝光时间，比较CCD和sCMOS相机的层析成像速度。因此，这些实例对应于未实现本文所述的同步照射方法的系统。实例3使用低于上述快门延迟和读取时间限制的全局曝光时间比较了两个CCD相机的层析成像速度，因此代表了使用本文描述的同步照射方法的系统。
实例4演示了HDR成像方法，该方法避免了使用CCD相机的晕状伪影，如上面C.i部分所述。
实例1
实例1是一个计算模型，其比较了使用(i)iKon-LR大幅面CCD相机和(ii)Zyla5.5sCMOS相机获取三只小鼠的层析图像所需的时间。该计算分析假定以大约300微米(μm)的对象-泳道分辨率在50个点扫描每只小鼠。CCD全局曝光时间受CCD快门延迟(为40ms)限制。因此，CCD相机使用400ms的全局曝光时间。CCD的读取速率为5MHz。该计算假定需要HDR成像。对于sCMOS相机，长和短持续时间HDR图像分别使用300ms和30ms的全局曝光时间。
表1显示了计算模型的结果。表1显示了获得三只小鼠的层析图像的总时间，对于CCD相机约为194s，对于sCMOS相机约为71s。成像速度上的这种差异是由于CCD相机使用的长(大约400ms)全局曝光时间造成的，这是由于快门延迟限制(例如，CCD的全局曝光时间是快门延迟时间的10倍)。
表1：实例1的计算模型结果
Figure BDA0002489668680000591
Figure BDA0002489668680000601
实例2
实例2是一个计算模型，其比较了使用(i)SophiaB大幅面CCD相机和(ii)Zyla5.5sCMOS相机获取三只小鼠的层析图像所需的时间。与实例1一样，该计算分析假定以大约300微米(μm)的对象-泳道分辨率在50个点扫描每只小鼠。SophiaB CCD是一种CCD相机，其提供相对较快的读取(16MHz，比较而言实例1的iKon-LR CCD相机为5MHz)。尽管如此，SophiaB CCD相机仍然无法同时执行读取操作，并使用CCD快门。因此，实例2的CCD相机仍然使用相对较长的400ms的全局曝光时间，这是其CCD快门延迟极限所要求的CCD快门延迟时间(40ms)的十倍。与实例1一样，该计算假定需要HDR成像。对于sCMOS相机，长和短持续时间HDR图像分别使用300ms和30ms的全局曝光时间。
表2显示了该计算模型的结果。表2显示了获得三只小鼠的层析图像的总时间，对于CCD相机约为139s，对于sCMOS相机约为71s。该实例表明，即使对于具有短读出阶段的CCD相机，由于CCD相机使用的长(大约400ms)全局曝光时间而对成像速度的限制也是显著的，并且使用CCD相机成像所需的时间大约是sCMOS相机的两倍。
表2：实例2的计算模型结果
Figure BDA0002489668680000611
Figure BDA0002489668680000621
实例3
实例3是一个计算模型，该模型比较了使用实例1和2的两个CCD相机获取三只小鼠的层析图像所需的时间，但全局曝光时间低至30ms，如可以使用本文所述同步照射方法实现的。这两个CCD相机是(i)SophiaB大幅面CCD相机和(ii)iKon-LR CCD相机。与实例1和2一样，该计算分析假定以大约300微米(μm)的对象-泳道分辨率在50个点扫描每只小鼠。与实例2相同，SophiaB CCD的读出速率为16MHz，与实例1相同，iKon-LR CCD相机的读出速率为5MHz。与实例1和2一样，该计算假定需要HDR成像。因此，长和短持续时间HDR图像分别使用300ms和30ms的全局曝光时间。
表3显示了该计算模型的结果。表3显示了获得三只小鼠的层析图像的总时间，对于SophiaB CCD相机约为83s，对于iKon-LR CCD相机约为137s。该实例表明，使用本文所述的系统和方法提供的短全局曝光时间，可以显著提高成像速度。
表3：实例3的计算模型结果
Figure BDA0002489668680000622
Figure BDA0002489668680000631
Figure BDA0002489668680000641
实例4
实例4说明了各种CCD相机设置，可以对其进行调整以改善HDR成像中的动态范围，并根据本文所述的HDR成像方法使用，以避免CCD HDR成像中的晕状伪影。实例4还显示了获取的HDR图像集，其说明了避免晕状伪影的方法。
表4示出了iKon-LR CCD相机在标准和HDR模式下的规格和动态范围，以及一系列的增益设置和合并水平。如该表中所示，当使用片上合并时，HDR成像提供的动态范围改善是显著的。在表中，标准动态范围是相对于读取噪声(代表本底噪声)的A/D数字化饱和极限，而HDR动态范围是(i)输出节点容量饱和极限或(ii)满阱容量饱和极限相对于读取噪声的较低者。
表4：在标准和HDR成像模式下iKon-LR CCD的动态范围
Figure BDA0002489668680000642
图10示出了HDR图像集的短曝光图像(500ms曝光)和长曝光图像(5s曝光)，以及所显示的HDR图像(HDR)。显示的HDR图像代表短曝光图像和长曝光图像的组合。通过检测透射通过透射照射几何结构中的组织模拟体模的激光(照射光)，通过实验获得了长和短曝光图像。如图所示，HDR图像既捕获(i)体模中间的高强度信号分布，又捕获(ii)体模底部和顶部以及周围区域的低强度信号分布。3示出了计算模型的结果。在HDR图像集的低曝光图像中捕获高强度信号变化，而在长时间曝光图像中捕获低强度信号变化。调整长曝光图像的曝光时间5s，以避免出现晕状伪影。特别地，对长曝光图像的曝光时间进行了调整，使得超出了A/D数字化饱和极限(如所示，对于大多数图像像素而言)，但(i)满阱容量饱和极限和(ii)CCD相机的输出节点容量饱和极限都未被超出。
E.经由光束扫描的层析成像
在一些实施例中，通过允许激发光的光束扫描通过扫描区内的多个位置，同时维持小光点大小，上文描述的方法实现宽视场上的快速层析成像。
图11示出使用本文所描述的光束扫描方法对跨越对象平面定位的一个或多个受试者进行成像的实例过程1100。在一些实施例中，在第一步骤1110中，如上文关于图1A和图1B所描述跨越扫描区116扫描激发光束。可以使用先前部分中描述的任何光束成形方法使激发光束适当地成形以便维持扫描区116上的所要光点大小。
在激发光束被引导到扫描区内的特定激发位置时，其在受试者的表面上的对应照射位置照射定位于激发光束的路径中的给定受试者。如先前所论述，入射于受试者的表面上的光在受试者内漫射，且激发受试者内的荧光物质，从而造成荧光的发射。
在一些实施例中，在激发光束跨越扫描区从激发位置引导到激发位置时，一个或多个检测器检测由于受试者内的荧光物质的激发而从给定受试者内发射的荧光(1120)。所述一个或多个检测器可以按落射照射几何形状或按透照法几何形状对准。
图1A和图1B示出透照法几何形状的实例，示出定位于对象平面的与扫描光学电流计相对的侧处的检测器120。荧光通常在各种方向上发射，且图示由检测器检测到的从三个受试者114a、114b、114c中的每一个发射的荧光118a、118b、118c的部分。
在一些实施例中，所述一个或多个检测器在所述一个或多个受试者被照射时检测荧光。在一些实施例中，使用包括被对准以对整个扫描区进行成像的多个像素的焦平面阵列(focal plane array，FPA)。FPA检测器的实例包含CCD相机、CMOS相机和包括多个像素的其它检测器。入射于FPA检测器上的荧光由多个像素检测到，使得可记录表示入射于检测器区域上的荧光的强度分布的荧光发射图像。在一些实施例中，一束光纤可被布置成类似于FPA检测器来起作用，且用以记录2D发射图像。所述一束光纤可被对准以使得其近侧(输入)末端收集在多个位置发射的荧光。每一光纤可在相对的远侧末端对准(例如，附接)到对应单个元件检测器，所述检测器检测由光纤近端收集且沿着光纤的长度被导引以照射检测器的作用区域的光。以此方式，所述束的每一光纤类似于FPA检测器的像素来起作用，且所述束连同多个单个元件检测器用以记录发射图像。
在一些实施例中，在扫描激发光束时，所述一个或多个检测器(例如，使用FPA；例如，使用光纤束的多个检测器)记录多个荧光发射图像。
在一些实施例中，针对每一离散激发位置记录荧光发射图像。以此方式记录的每一荧光发射图像因此与相异的激发位置相关联，且表示响应于通过将激发光束引导到相关联激发位置而照射一个或所述一个或多个受试者而发射的荧光。
在一些实施例中，对应于检测到的荧光的数据由计算设备的处理器接收和/或存取(1130)且用以获得(例如，计算)所述一个或多个受试者的一个或多个层析图像(1140)。举例来说，可以使用针对离散激发位置中的每一个记录的荧光发射图像计算(例如，经由层析成像重建技术)层析图像。确切地说，在一些实施例中，可获得跨越扫描区定位的一个或多个受试者中的每一个的层析图像。
举例来说，在对多个受试者进行成像的情况下，每一受试者可与荧光发射图像的一部分相关联。确切地说，当多个受试者跨越扫描区定位时，每一受试者可与扫描区内的激发位置的不同部分相关联。举例来说，如果对三个受试者进行成像，那么第一受试者被定位以使得当激发光束被引导到所述多个激发位置的第一部分中的每一个时照射第一受试者。因此，第一受试者与激发位置的第一部分相关联。第二受试者类似地与激发位置的第二部分相关联，且第三受试者类似地与激发位置的第三部分相关联。
因此，对于给定受试者，可识别针对与受试者相关联的激发位置记录的荧光发射图像，且用作层析成像重建技术的输入以便获得给定受试者的层析图像。可针对跨越扫描区定位的每一受试者重复此过程。
F.计算机系统和网络架构
如图6所示，示出并描述了网络环境600的实现，该网络环境用于通过使照射与本文描述的CCD相机的图像获取序列同步，提供用于利用CCD相机进行快速成像的系统和方法。简洁概括地说，现参考图6，示出且描述示例性云计算环境600的框图。云计算环境600可以包含一个或多个资源提供者602a、602b、602c(统称为602)。每一资源提供者602可以包含计算资源。在一些实施方式中，计算资源可以包含用于处理数据的任何硬件和/或软件。举例来说，计算资源可包含能够执行算法、计算机程序和/或计算机应用程序的硬件和/或软件。在一些实施方案中，示例性计算资源可包含具有存储和检索能力的应用程序服务器和/或数据库。每一资源提供者602可以连接到云计算环境600中的任何其它资源提供者602。在一些实施方式中，资源提供者602可以通过计算机网络608连接。每一资源提供者602可以通过计算机网络608连接到一个或多个计算设备604a、604b、604c(统称为604)。
云计算环境600可以包含资源管理器606。资源管理器606可以通过计算机网络608连接到资源提供者602和计算设备604。在一些实施方式中，资源管理器606可以促进一个或多个资源提供者602向一个或多个计算设备604提供计算资源。资源管理器606可以从特定计算设备604接收对计算资源的请求。资源管理器606可以识别能够提供计算设备604所请求的计算资源的一个或多个资源提供者602。资源管理器606可以选择资源提供者602来提供计算资源。资源管理器606可以促进资源提供者602与特定计算设备604之间的连接。在一些实施方式中，资源管理器606可以在特定资源提供者602与特定计算设备604之间建立连接。在一些实施方式中，资源管理器606可以将特定计算设备604重定向到具有所请求计算资源的特定资源提供者602。
图7示出可用以实施本发明中描述的技术的计算设备700和移动计算设备750的实例。计算设备700既定表示各种形式的数字计算机，例如膝上型计算机、桌上型计算机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器、大型计算机和其它适当计算机。移动计算设备750既定表示各种形式的移动装置，例如个人数字助理、蜂窝式电话、智能电话和其它相似计算设备。此处展示的组件、其连接和关系以及其功能有意仅作为实例，且并不有意作为限制。
计算设备700包括处理器702、存储器704、存储装置706、连接到存储器704和多个高速扩展端口710的高速接口708、以及连接到低速扩展端口714和存储装置706的低速接口712。处理器702、存储器704、存储装置706、高速接口708、高速扩展端口710和低速接口712中的每一个使用各种总线互连，并且可以安装在共同主板上或以其它适当的方式安装。处理器702可以处理用于在计算设备700内执行的指令，包含存储在存储器704中或存储装置706上的指令，所述指令用于在外部输入/输出装置如耦合到高速接口708的显示器716上显示GUI的图形信息。在其它实施方式中，可以适当地使用多个处理器和/或多个总线连同多个存储器和存储器类型。此外，可以连接多个计算设备，每一装置提供必要的操作的部分(例如，作为服务器组、一组刀片服务器或多处理器系统)。因此，在本文使用术语，其中多个功能被描述为由“处理器”执行时，这包括其中多个功能由任何数量的计算设备(一个或多个)的任何数量的处理器(一个或多个)执行的实施例。此外，在功能被描述为由“处理器”执行的情况下，这涵盖其中所述功能由任何数目的计算设备(一个或多个)(例如，分布式计算系统中)的任何数目的处理器(一个或多个)执行的实施例。
存储器704将信息存储在计算设备700内。在一些实施方式中，存储器704是一个或多个易失性存储器单元。在一些实施方案中，存储器704是一个或多个非易失性存储器单元。存储器704也可以是另一形式的计算机可读介质，例如磁盘或光盘。
存储装置706能够为计算设备700提供大容量存储。在一些实施方式中，存储装置706可以是或包含计算机可读媒体，如软盘装置、硬盘装置、光盘装置或磁带装置、闪存或其它类似的固态存储装置、或一组装置，包含存储区域网络或其它配置中的装置。指令可存储在信息载体中。所述指令在由一个或多个处理装置(例如，处理器702)执行时执行例如上述方法的一或多个方法。指令也可由一个或多个存储装置存储，所述存储装置例如计算机或机器可读介质(例如，存储器704、存储装置706或处理器702上的存储器)。
高速接口708管理计算设备700的带宽密集型操作，而低速接口712管理较低带宽密集型操作。此类功能的分配仅是实例。在一些实施方案中，高速接口708耦合到存储器704、显示器716(例如，通过图形处理器或加速器)和可以接受各种扩展卡(未图示)的高速扩展端口710。在所述实施方式中，低速接口712耦合到存储装置706和低速扩展端口714。可以包含各种通信端口(例如，USB、
Figure BDA0002489668680000681
以太网、无线以太网)的低速扩展端口714可以例如通过网络适配器耦合到例如键盘、指向装置、扫描仪等一个或多个输入/输出装置或例如交换机或路由器等联网装置。
计算设备700可以多种不同的形式实施，如图中所示。举例来说，其可实施为标准服务器720，或在此些服务器的群组中多次实施。另外，它可以在如膝上型计算机722等个人计算机中实施。它还可以被实施为机架服务器系统724的一部分。或者，来自计算设备700的组件可以与移动装置(未示出)中如移动计算设备750等其它组件组合。这种装置中的每一个可以包含计算设备700和移动计算设备750中的一个或多个，并且整个系统可以由彼此通信的多个计算设备构成。
移动计算设备750包含处理器752、存储器764、例如显示器754等输入/输出装置、通信接口766和收发器768、以及其它组件。移动计算设备750也可以具备例如微型驱动器或其它装置等存储装置以提供额外存储。处理器752、存储器764、显示器754、通信接口766和收发器768中的每一个是使用各种总线互连，且所述组件中的若干个可安装在共同母板上或适当时用其它方式安装。
处理器752可以执行移动计算设备750内的指令，包含存储在存储器764中的指令。处理器752可以被实施为芯片的芯片组，所述芯片包括单独的和多个模拟和数字处理器。处理器752可以提供例如移动计算设备750的其它组件(例如用户接口的控件)、由移动计算设备750运行的应用程序和移动计算设备750的无线通信的协调。
处理器752可以通过耦合到显示器754的控制接口758和显示器接口756与用户通信。显示器754可以是例如TFT(薄膜晶体管液晶显示器)显示器或OLED(有机发光二极管)显示器，或其它适当的显示技术。显示器接口756可包括用于驱动显示器754以呈现图形和其它信息给用户的适当电路。控制接口758可以从用户接收命令并将它们转换以提交给处理器752。另外，外部接口762可以提供与处理器752的通信，以便实现移动计算设备750与其它装置的近区通信。外部接口762可例如在一些实施方案中用于有线通信或在其它实施方案中用于无线通信，且也可以使用多个接口。
存储器764将信息存储在移动计算设备750中。存储器764可以被实施为一个或多个计算机可读介质、一个或多个易失性存储器单元、或者一个或多个非易失性存储器单元中的一个或多个。也可以提供扩展存储器774且通过扩展接口772连接到移动计算设备750，所述扩展接口可包含例如单列直插存储器模块(Single In Line Memory Module，SIMM)卡接口。扩展存储器774可以为移动计算设备750提供额外的存储空间，或者还可以存储用于移动计算设备750的应用程序或其它信息。具体地，扩展存储器774可以包含用于执行或补充上述过程的指令，并且还可以包含安全信息。因此，例如，扩展存储器574可以作为移动计算设备750的安全模块提供，并且可以编程而具有允许安全使用移动计算设备750的指令。另外，安全应用程序可经由SIMM卡提供，连同额外信息，例如以不可破解的方式在SIMM卡上放置识别信息。
存储器可包含例如快闪存储器和/或NVRAM存储器(非易失性随机存取存储器)，如下文所论述。在一些实施方案中，指令存储于信息载体中，且指令在由一个或多个处理装置(例如，处理器752)执行时执行一个或多个方法，例如上文所描述的那些方法。指令也可由一个或多个存储装置存储，所述存储装置例如一个或多个计算机或机器可读介质(例如，存储器764、扩展存储器774或处理器752上的存储器)。在一些实施方案中，指令可例如经由收发器768或外部接口762在传播信号中接收。
移动计算设备750可通过通信接口766无线通信，所述通信接口必要时可包含数字信号处理电路。通信接口766可提供在各种模式或协议下的通信，例如GSM话音呼叫(全球移动通信系统)、短消息服务(SMS)、增强型消息接发服务(EMS)、或MMS消息接发(多媒体消息接发服务)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、个人数字蜂窝式(PDC)、宽带码分多址(WCDMA)、CDMA2000或通用包无线电服务(GPRS)及其它。此类通信可例如使用射频通过收发器768发生。另外，短程通信可例如使用
Figure BDA0002489668680000701
Wi-FiTM或其它此类收发器(未图示)发生。另外，全球定位系统(GPS)接收器模块770可将额外的导航和位置相关无线数据提供到移动计算设备750，其可在适当时由移动计算设备750上运行的应用程序使用。
移动计算设备750还可使用音频编解码器760以音频方式通信，所述音频编解码器可接收来自用户的口头信息且将其转换为可用的数字信息。音频编解码器760同样可以为用户产生可听声音，如通过例如移动计算设备750的手机中的扬声器。这样的声音可以包含来自语音电话呼叫的声音，可以包含记录的声音(例如，语音消息，音乐文件等)，并且还可以包含由在移动计算设备750上操作的应用程序生成的声音。
移动计算设备750可以以多种不同的形式实施，如图中所示。例如，它可以被实施为蜂窝式电话780。它还可以被实施为智能电话782、个人数字助理或其它类似移动装置的一部分。
此处描述的系统和技术的各种实施方案可在数字电子电路、集成电路、专门设计的专用集成电路(ASIC)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。这些各种实施方案可包含一个或多个计算机程序中的实施方案，所述计算机程序可在可编程系统上执行和/或解译，所述可编程系统包含至少一个可编程处理器，它可以是专用的或通用的，经耦合以从存储系统、至少一个输入装置以及至少一个输出装置接收数据和指令，并且向存储系统、至少一个输入装置以及至少一个输出装置发射数据和指令。
这些计算机程序(也被称作程序、软件、软件应用程序或代码)包含用于可编程处理器的机器指令，且可以高级程序和/或面向对象的编程语言和/或以汇编/机器语言实施。如本文所使用，术语机器可读介质和计算机可读介质指代用以将机器指令和/或数据提供到可编程处理器的任何计算机程序产品、设备和/或装置(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑装置(PLD))，包含接收机器指令作为机器可读信号的机器可读介质。术语机器可读信号可以指用以将机器指令和/或数据提供到可编程处理器的任何信号。
为了提供与用户的交互，此处描述的系统和技术可在计算机上实施，所述计算机具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)监视器)以及用户可用来向计算机提供输入的键盘和指向装置(例如，鼠标或轨迹球)。其它种类的装置同样可用以提供与用户的交互；举例来说，提供到用户的反馈可为任何形式的感觉反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触感反馈)；且来自用户的输入可以任何形式接收，包含声学、语音或触感输入。
这里描述的系统和技术可以在计算系统中实现，所述计算系统包含后端组件(例如，作为数据服务器)，或者包含中间件组件(例如，应用程序服务器)，或者包含前端组件(例如，具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，用户可以通过其与这里描述的系统和技术的实施方式进行交互)，或者此类后端、中间件或前端组件的任何组合。所述系统的组件可通过任何形式或媒体的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的实例包含局域网(LAN)、广域网(WAN)和因特网。
计算系统可包含客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此且通常通过通信网络交互。客户端与服务器的关系是借助于在相应计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序产生。
在一些实施方案中，本文所描述的任何模块可以分离、组合或并入到单个或组合模块中。图中描绘的任何模块并不希望将本文所描述的系统限制于其中示出的软件架构。
本文所描述的不同实施方案的元件可以组合以形成上文未具体阐述的其它实施方案。元件可以从本文所描述的方法、计算机程序、数据库等省略，而不会不利地影响其操作。另外，图中所描绘的逻辑流程不需要按所显示的特定次序或顺序次序来实现期望的结果。各种单独元件可以组合成一个或多个个别元件以执行本文所描述的功能。在一些实施方案中，考虑到此处描述的系统和方法的结构、功能和设备。
贯穿其中将设备和系统描述为具有、包含或包括特定组件，或其中将过程和方法描述为具有、包含或包括特定步骤的整个描述内容，在此另外预期存在基本上由所述组件组成或由所述组件组成的本公开的设备和系统，并且存在基本上由所述处理步骤组成或由所述处理步骤组成的根据本公开的过程和方法。
应理解，步骤次序或用于执行某些动作的次序是不重要的，只要本文所述的实施例保持可操作即可。而且，两个或更多个步骤或动作可以同时进行。
虽然已参考特定的优选实施例特定地示出并且描述本文所述的实施例，但所属领域的技术人员应理解，可以在其中进行各种形式和细节的变化而不脱离由所附权利要求书界定的本文所述实施例的精神和范围。

Claims (100)

1.一种使对一个或多个对象的照射与电荷耦合器件CCD相机的全局曝光阶段同步以由所述CCD相机进行快速图像获取的方法，所述方法包括：
(a)将从照射源的输出发射的照射光束引导至源电流计反射镜，其中所述源电流计反射镜可操作以旋转多个角度；
(b)自动调整所述源电流计反射镜以在包括第一旋转角和第二旋转角的多个旋转角处对准，其中，在第一旋转角，将所述源电流计反射镜对准以反射所述照射光束以将其引导至要成像的一个或多个对象，从而照射所述一个或多个对象，并且在第二旋转角，将所述源电流计反射镜对准以反射所述照射光束以将其引导远离要成像的所述一个或多个对象，使得所述一个或多个对象不被照射；和
(c)用所述CCD相机获取一个或多个图像，其中：
所述CCD相机被对准并且可操作以(i)检测由于所述一个或多个对象被所述照射光束照射而产生的从所述一个或多个对象发出的光和/或(ii)检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的照射光，以及获取所述一个或多个图像的每一个包括：
(A)响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，将所述源电流计反射镜旋转到第一旋转角，以便在所述CCD相机的全局曝光阶段中所述一个或多个对象被所述照射光束照射；和
(B)响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，将所述源电流计反射镜旋转至第二旋转角，使得当所述CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象未被所述照射光束照射，
从而使对所述一个或多个对象的照射与所述CCD相机的全局曝光阶段同步以由所述CCD相机进行快速图像获取。
2.根据权利要求1所述的方法，其中对于所述一个或多个获取的图像的每一个，所述CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于或约等于400ms。
3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其中所述CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于所述CCD相机的快门延迟时间的10倍。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于所述CCD相机的读出时间的10倍。
5.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述CCD相机包括至少256乘256的检测器像素。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述CCD相机的传感器阵列的尺寸沿着至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于1/2英寸。
7.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述CCD相机的视场沿着至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于100mm。
8.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述照射源的输出功率大于或近似等于100mW。
9.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述照射源的稳定时间大于或近似等于1秒。
10.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中当所述CCD相机不在全局曝光阶段时所述CCD相机的传感器阵列处的光水平小于或近似等于所述CCD相机的本底噪声。
11.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中在步骤(c)中获取所述一个或多个图像中的每个包括由计算设备的第一处理器向所述CCD相机提供图像获取信号以启动所述CCD相机的全局曝光阶段。
12.根据权利要求1所述的方法，其中：
在步骤(b)中自动调整所述源电流计反射镜包括由源电流计控制器模块向所述源电流计反射镜提供旋转信号，其中所述旋转信号的值的变化改变所述源电流计反射镜的旋转角度，使得当所述旋转信号具有第一旋转信号值时所述源电流计反射镜旋转到第一旋转角，并且当所述旋转信号具有第二旋转信号值时所述源电流计反射镜旋转到第二旋转角；
在步骤(c)的子步骤(A)中，所述源电流计控制器模块接收第一触发信号，并响应于第一触发信号的接收，将所述旋转信号的值调整为第一旋转信号值，从而旋转所述源电流计反射镜到第一旋转角；和
在步骤(c)的子步骤(B)中，所述源电流计控制器模块接收第二触发信号，并响应于第二触发信号的接收，将所述旋转信号的值调整为第二旋转信号值，从而旋转所述源电流计反射镜到第二旋转角。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：
在步骤(b)中自动调整所述源电流计反射镜包括：
通过所述源电流计控制器模块从所述CCD相机接收CCD输出信号；和
由所述源电流计控制器模块基于接收到的CCD输出信号的值调整所述旋转信号的值；
第一触发信号对应于所述CCD输出信号的第一变化；和
第二触发信号对应于所述CCD输出信号的第二变化。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述源电流计反射镜和所述照射源被容纳在源壳体内，并且其中所述源电流计反射镜被对准，使得：(i)在第一旋转角，所述照射光束被所述源电流计反射镜反射，通过所述源壳体的出口并且(ii)在第二旋转角，所述照射光束被引导到所述源壳体内的光束收集器。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述照射源、所述源电流计反射镜、所述一个或多个对象以及所述CCD相机被容纳在光学系统壳体内，所述光学系统壳体对于环境光基本上是不透明的，从而限制了入射在所述CCD相机的传感器阵列上的环境光的量。
16.根据权利要求1所述的方法，其包括：
自动打开和关闭位于从所述照射源到所述一个或多个对象的所述照射光束的路径中的激光快门，其中当所述激光快门打开时，允许所述照射光束穿过所述激光快门，并且当所述激光快门关闭时，所述照射光束被所述激光快门阻挡；
在步骤(c)的子步骤(A)中，响应于表示所述CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，在与将所述源电流计反射镜旋转至第一旋转角基本上同时打开所述激光快门；和
在步骤(c)的子步骤(B)中，响应于表示所述CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，在与将所述源电流计反射镜旋转至第二旋转角基本上同时关闭所述激光快门。
17.根据权利要求16所述的方法，其中：
自动打开和关闭所述激光快门包括：通过源激光快门控制器模块向所述激光快门提供激光快门信号，其中所述激光快门信号的值的变化导致所述激光快门的打开和/或关闭，使得当所述激光快门信号具有第一激光快门信号值时，所述激光快门打开；和当所述激光快门信号具有第二激光快门信号值时，所述激光快门关闭；
在步骤(c)的子步骤(A)中，所述激光快门控制器模块接收第一触发信号，并响应于第一触发信号的接收，将所述激光快门信号的值调整为第一激光快门信号值，从而打开所述激光快门；和
在步骤(c)的子步骤(B)中，所述激光快门控制器模块接收第二触发信号，并响应于第二触发信号的接收，将所述激光快门信号的值调整为第二激光快门信号值，从而关闭所述激光快门。
18.根据权利要求17所述的方法，其中自动打开和关闭所述激光快门包括：
通过所述激光快门控制器模块从所述CCD相机接收CCD输出信号；和
由所述激光快门控制器模块基于接收到的CCD输出信号的值调整所述激光快门信号的值。
19.根据权利要求16所述的方法，其中：
所述源电流计反射镜和照射源被容纳在源壳体内，并且其中所述源电流计反射镜被对准，使得：(i)在第一旋转角，所述照射光束被所述电流计反射镜反射，通过所述源壳体的出口并且(ii)在第二旋转角，所述照射光束被引导到所述源壳体内的光束收集器；和
所述激光快门被定位在所述出口处，使得当所述激光快门被关闭时，防止所述照射光束穿过所述出口。
20.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(c)中获取所述一个或多个图像包括获取一个或多个高动态范围(HDR)图像集，每个HDR图像集对应于所述一个或多个对象上的特定的照射位置或一个或多个照射位置的集合，并包括短曝光图像和长曝光图像，其中对于每个HDR图像集：
通过在所述CCD相机的短时全局曝光阶段检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的发射光和/或照射光获取所述短曝光图像，
通过在所述CCD相机的长时全局曝光阶段检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的发射光和/或照射光获取所述长曝光图像，所述CCD相机的所述长时全局曝光阶段持续得比所述短时全局暴露阶段长，并且给定HDR图像集的所述短曝光图像和所述长曝光图像都通过检测由于在所述HDR图像集对应的相同特定照射位置或照射位置的集合处通过所述照射光束照射所述一个或多个对象产生的透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的发射光和/或照射光而获得。
21.根据权利要求1所述的方法，其包括：
将所述照射光束引导到所述一个或多个对象上的多个照射位置；
在步骤(c)中，使用所述CCD相机获取多个图像，每个图像对应于所述多个照射位置中的一个或多个照射位置的特定集合并且表示(i)由于在一个或多个照射位置的对应特定集合处照射所述一个或多个对象而从所述一个或多个对象检测到的发射光和/或(ii)在所述一个或多个照射位置的对应特定集合处照射所述一个或多个对象之后检测到的透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的照射光；
由计算设备的处理器接收和/或访问对应于多个获取的图像的数据；和
由所述处理器使用对应于所述多个获取的图像的数据创建所述一个或多个对象的一个或多个层析图像。
22.根据权利要求21所述的方法，包括使用电流计光学扫描仪将所述照射光束引导到所述一个或多个对象上的多个照射位置。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述多个获取的图像包括至少100幅图像，所有图像都在小于或约等于200ms的时间内获取。
24.一种使对一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步以由所述CCD相机进行快速图像获取的方法，所述方法包括：
(a)将从照射源的输出发出的照射光束通过激光快门引导到要成像的所述一个或多个对象；
(b)自动打开和关闭所述激光快门，使得当打开所述激光快门时，允许所述照射光束穿过所述激光快门，从而照射所述一个或多个对象，并且当所述激光快门关闭时，它阻挡所述照射光束，从而防止所述一个或多个对象被所述照射光束照射；和
(c)用所述CCD相机获取一个或多个图像，其中：
所述CCD相机被对准并且可操作以检测(i)由于所述一个或多个对象被所述照射光束照射而产生的从所述一个或多个对象发出的光和/或(ii)检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的照射光，以及获取所述一个或多个图像的每一个包括：
(A)响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，将所述激光快门打开，以便在所述CCD相机的全局曝光阶段中所述一个或多个对象被所述照射光束照射；和
(B)响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，将所述激光快门关闭，使得当所述CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象未被所述照射光束照射，
从而使对所述一个或多个对象的照射与所述CCD相机的全局曝光阶段同步以由所述CCD相机进行快速图像获取。
25.根据权利要求24所述的方法，其中对于所述一个或多个获取的图像的每一个，所述CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于或约等于400ms。
26.根据权利要求24或25任一项所述的方法，其中所述CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于所述CCD相机的快门延迟时间的10倍。
27.根据权利要求24所述的方法，其中所述CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于所述CCD相机的读出时间的10倍。
28.根据权利要求24所述的方法，其中所述CCD相机包括至少256乘256的检测器像素。
29.根据权利要求24所述的方法，其中所述CCD相机的传感器阵列的尺寸沿着至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于1/2英寸。
30.根据权利要求24所述的方法，其中所述CCD相机的视场沿着至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于100mm。
31.根据权利要求24所述的方法，其中所述照射源的输出功率大于或近似等于100mW。
32.根据权利要求24所述的方法，其中所述照射源的稳定时间大于或近似等于1秒。
33.根据权利要求24所述的方法，其中当所述CCD相机不在全局曝光阶段时所述CCD相机的传感器阵列处的光水平小于或近似等于所述CCD相机的本底噪声。
34.根据权利要求24所述的方法，其中在步骤(c)中获取所述一个或多个图像中的每个包括由计算设备的第一处理器向所述CCD相机提供图像获取信号以启动所述CCD相机的全局曝光阶段。
35.根据权利要求24所述的方法，其中：
在步骤(b)自动打开和关闭所述激光快门包括：通过激光快门控制器模块向所述激光快门提供激光快门信号，其中所述激光快门信号的值的变化使所述激光快门打开和/或关闭，使得当所述激光快门信号具有第一激光快门信号值时，所述激光快门打开；和当所述激光快门信号具有第二激光快门信号值时，所述激光快门关闭；
在步骤(c)的子步骤(A)中，所述激光快门控制器模块接收第一触发信号，并响应于第一触发信号的接收，将所述激光快门信号的值调整为第一激光快门信号值，从而打开所述激光快门；和
在步骤(c)的子步骤(B)中，所述激光快门控制器模块接收第二触发信号，并响应于第二触发信号的接收，将所述激光快门信号的值调整为第二激光快门信号值，从而关闭所述激光快门。
36.根据权利要求35所述的方法，其中：
在步骤(b)自动打开和关闭所述激光快门包括：
通过所述激光快门控制器模块从所述CCD相机接收CCD输出信号；和
由所述激光快门控制器模块基于接收到的CCD输出信号的值调整所述激光快门信号的值；
第一触发信号对应于所述CCD输出信号的第一变化；和
第二触发信号对应于所述CCD输出信号的第二变化。
37.根据权利要求24所述的方法，其中所述照射源被容纳在源壳体内，所述照射光束被引导到所述源壳体的出口，并且所述激光快门被定位在所述出口处，使得当所述激光快门被关闭时，防止所述照射光束穿过所述出口。
38.根据权利要求24所述的方法，其中所述照射源、所述激光快门、所述一个或多个对象以及所述CCD相机被容纳在光学系统壳体内，所述光学系统壳体对于环境光基本上是不透明的，从而限制了入射在所述CCD相机的传感器阵列上的环境光的量。
39.根据权利要求24所述的方法，其包括：
自动调整位于来自所述照射源的所述照射光束的路径中的源电流计反射镜以在包括第一旋转角和第二旋转角的多个旋转角处对准，其中，在第一旋转角，将所述源电流计反射镜对准以反射所述照射光束以将其引导至要成像的一个或多个对象，从而照射所述一个或多个对象，并且在第二旋转角，将所述源电流计反射镜对准以反射所述照射光束以将其引导远离要成像的所述一个或多个对象，使得所述一个或多个对象不被照射；
在步骤(c)的子步骤(A)中，响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，在与打开所述激光快门基本上同时将所述源电流计反射镜旋转到第一旋转角；和
在步骤(c)的子步骤(B)中，响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，在与关闭所述激光快门基本上同时将所述源电流计反射镜旋转到第二旋转角。
40.根据权利要求39所述的方法，其中：
自动调整所述源电流计反射镜包括由源电流计控制器模块向所述源电流计反射镜提供旋转信号，其中所述旋转信号的值的变化改变所述源电流计反射镜的旋转角度，使得当所述旋转信号具有第一旋转信号值时所述源电流计反射镜旋转到第一旋转角，并且当所述旋转信号具有第二旋转信号值时所述源电流计反射镜旋转到第二旋转角；
在步骤(c)的子步骤(A)中，所述源电流计控制器模块接收第一触发信号，并响应于第一触发信号的接收，将所述旋转信号的值调整为第一旋转信号值，从而旋转所述源电流计反射镜到第一旋转角；和
在步骤(c)的子步骤(B)中，所述源电流计控制器模块接收第二触发信号，并响应于第二触发信号的接收，将所述旋转信号的值调整为第二旋转信号值，从而旋转所述源电流计反射镜到第二旋转角。
41.根据权利要求40所述的方法，其中自动调整所述源电流计反射镜包括：
通过所述源电流计控制器模块从所述CCD相机接收CCD输出信号；和
由所述源电流计控制器模块基于接收到的CCD输出信号的值调整所述旋转信号的值。
42.根据权利要求39所述的方法，其中：
所述源电流计反射镜和照射源被容纳在源壳体内，并且其中所述源电流计反射镜被对准，使得：(i)在第一旋转角，所述照射光束被所述电流计反射镜反射，通过所述源壳体的出口并且(ii)在第二旋转角，所述照射光束被引导到所述源壳体内的光束收集器；和
所述激光快门被定位在所述出口处，使得当所述激光快门被关闭时，防止所述照射光束穿过所述出口。
43.根据权利要求24所述的方法，其中在步骤(c)中获取所述一个或多个图像包括获取一个或多个高动态范围(HDR)图像集，每个HDR图像集对应于所述一个或多个对象上的特定的照射位置或一个或多个照射位置的集合，并包括短曝光图像和长曝光图像，其中对于给定的HDR图像集：
通过在所述CCD相机的短时全局曝光阶段检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的发射光和/或照射光获取所述短曝光图像，
通过在所述CCD相机的长时全局曝光阶段检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的发射光和/或照射光获取所述长曝光图像，所述CCD相机的所述长时全局曝光阶段持续得比所述短时全局暴露阶段长，并且给定HDR图像集的所述短曝光图像和所述长曝光图像都通过检测由于在所述HDR图像集对应的相同特定照射位置或照射位置的集合处通过所述照射光束照射所述一个或多个对象产生的透射通过所述对象或由所述对象反射的发射光和/或照射光而获得。
44.根据权利要求24所述的方法，其包括：
将所述照射光束引导到所述一个或多个对象上的多个照射位置；
在步骤(c)中，使用所述CCD相机获取多个图像，每个图像对应于所述多个照射位置中的一个或多个照射位置的特定集合并且表示(i)由于在一个或多个照射位置的对应特定集合处照射所述一个或多个对象而从所述一个或多个对象检测到的发射光和/或(ii)在所述一个或多个照射位置的对应特定集合处照射所述一个或多个对象之后检测到的透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的照射光；
由计算设备的处理器接收和/或访问对应于多个获取的图像的数据；和
由所述处理器使用对应于所述多个获取的图像的数据创建所述一个或多个对象的一个或多个层析图像。
45.根据权利要求44所述的方法，包括使用电流计光学扫描仪将所述照射光束引导到所述一个或多个对象上的多个照射位置。
46.根据权利要求44所述的方法，其中所述多个获取的图像包括至少100幅图像，所有图像都在小于或约等于200ms的时间内获取。
47.一种使对一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步以由所述CCD相机进行快速图像获取的系统，所述系统包括：
(a)照射源，其被对准并可操作以从其输出发射照射光束并将所述照射光束引导到源电流计反射镜；
(b)源电流计反射镜，其可操作以旋转多个角度并对准以：(i)在第一旋转角，反射所述照射光束以将其引导至所述一个或多个对象，和(ii)在第二旋转角，反射所述照射光束以将其引导离开所述一个或多个对象，使得当所述源电流计反射镜旋转到第一旋转角时，所述一个或多个对象被所述照射光束照射，并且当所述源电流计反射镜旋转到第二旋转角时，所述一个或多个对象未被所述照射光束照射；和
(c)CCD相机，其被对准并且可操作以通过(i)检测由于所述一个或多个对象被所述照射光束照射而产生的从所述一个或多个对象发出的光和/或(ii)检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的照射光，获取所述一个或多个对象的一个或多个图像；
(d)源电流计控制器模块，其可操作以：
(A)响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，使所述源电流计反射镜旋转到第一旋转角，以便在所述CCD相机的全局曝光阶段中所述一个或多个对象被所述照射光束照射；和
(B)响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，使所述源电流计反射镜旋转至第二旋转角，使得当所述CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象未被所述照射光束照射；
(e)处理器；和
(f)其上存储有指令的存储器，其中当由所述处理器执行时，所述指令使所述处理器：
接收和/或访问与所述CCD相机获取的一个或多个图像对应的数据；和
使用与获取的图像对应的所述数据获得所述一个或多个对象的一个或多个层析图像。
48.根据权利要求47所述的系统，其中对于所述一个或多个获取的图像的每一个，所述CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于或约等于400ms。
49.根据权利要求47或48任一项所述的系统，其中所述CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于所述CCD相机的快门延迟时间的10倍。
50.根据权利要求47所述的系统，其中所述CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于所述CCD相机的读出时间的10倍。
51.根据权利要求47所述的系统，其中所述CCD相机包括至少256乘256的检测器像素。
52.根据权利要求47所述的系统，其中所述CCD相机的传感器阵列的尺寸沿着至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于1/2英寸。
53.根据权利要求47所述的系统，其中所述CCD相机的视场沿着至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于100mm。
54.根据权利要求47所述的系统，其中所述照射源的输出功率大于或近似等于100mW。
55.根据权利要求47所述的系统，其中所述照射源的稳定时间大于或近似等于1秒。
56.根据权利要求47所述的系统，其中当所述CCD相机不在全局曝光阶段时所述CCD相机的传感器阵列处的光水平小于或近似等于所述CCD相机的本底噪声。
57.根据权利要求47所述的系统，其中所述CCD相机可操作以通过接收图像获取信号以开始其全局曝光阶段，获得所述一个或多个图像的每一个。
58.根据权利要求47所述的系统，其中所述源电流计控制器模块可操作以：
向所述源电流计反射镜提供旋转信号，其中所述旋转信号的值的变化改变所述源电流计反射镜的旋转角度，使得当所述旋转信号具有第一旋转信号值时所述源电流计反射镜旋转到第一旋转角，并且当所述旋转信号具有第二旋转信号值时所述源电流计反射镜旋转到第二旋转角；
接收第一触发信号，并响应于接收到第一触发信号，将所述旋转信号的值调整为第一旋转信号值，从而使所述源电流计反射镜旋转到第一旋转角；和
接收第二触发信号，并响应于接收到第二触发信号，将所述旋转信号的值调整为第二旋转信号值，从而使所述源电流计反射镜旋转到第二旋转角。
59.根据权利要求58所述的系统，其中：
所述源电流计控制器模块可操作以：
从所述CCD相机接收CCD输出信号；和
基于接收到的CCD输出信号的值调整所述旋转信号的值；
第一触发信号对应于所述CCD输出信号的第一变化；和
第二触发信号对应于所述CCD输出信号的第二变化。
60.根据权利要求47所述的系统，其包括源壳体，所述源电流计反射镜和照射源被容纳在所述源壳体内，并且其中所述源电流计反射镜被对准，使得：(i)在第一旋转角，所述照射光束被所述源电流计反射镜反射，通过所述源壳体的出口并且(ii)在第二旋转角，所述照射光束被引导到所述源壳体内的光束收集器。
61.根据权利要求47所述的系统，其包括光学系统壳体，所述照射源、所述源电流计反射镜、所述一个或多个对象以及所述CCD相机被容纳在其中，其中所述光学系统壳体对于环境光基本上是不透明的，从而限制了入射在所述CCD相机的传感器阵列上的环境光的量。
62.根据权利要求47所述的系统，其包括：
激光快门，其定位在从所述照射源到所述一个或多个对象的照射光束的路径中，其中所述激光快门可操作以自动打开和关闭，使得当打开所述激光快门时，允许所述照射光束穿过所述激光快门，从而照射所述一个或多个对象，并且当所述激光快门关闭时，它阻挡所述照射光束，从而防止所述一个或多个对象被所述照射光束照射；和
激光快门控制器模块，其可操作以：
响应于表示所述CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，使得在与将所述源电流计反射镜旋转至第一旋转角基本上同时打开所述激光快门；和
响应于表示所述CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，使得在与将所述源电流计反射镜旋转至第二旋转角基本上同时关闭所述激光快门。
63.根据权利要求62所述的系统，其中所述激光快门控制器模块可操作以：
通过以下自动打开和关闭所述激光快门：向所述激光快门提供激光快门信号，其中所述激光快门信号的值的变化导致所述激光快门的打开和/或关闭，使得当所述激光快门信号具有第一激光快门信号值时，所述激光快门打开；和当所述激光快门信号具有第二激光快门信号值时，所述激光快门关闭；
接收第一触发信号，并响应于第一触发信号的接收，将所述激光快门信号的值调整为第一激光快门信号值，从而打开所述激光快门；和
接收第二触发信号，并响应于第二触发信号的接收，将所述激光快门信号的值调整为第二激光快门信号值，从而关闭所述激光快门。
64.根据权利要求63所述的系统，其中所述激光快门控制器模块可操作以：
从所述CCD相机接收CCD输出信号；和
基于接收到的CCD输出信号的值调整所述激光快门信号的值。
65.根据权利要求62所述的系统，其包括：源壳体，所述源电流计反射镜和照射源容纳在所述源壳体中，并且其中：
所述源电流计反射镜被对准，使得：(i)在第一旋转角，所述照射光束被所述源电流计反射镜反射，通过所述源壳体的出口并且(ii)在第二旋转角，所述照射光束被引导到所述源壳体内的光束收集器，和
所述激光快门被定位在所述出口处，使得当所述激光快门被关闭时，防止所述照射光束穿过所述出口。
66.根据权利要求47所述的系统，其中所述CCD相机可操作以获取一个或多个高动态范围(HDR)图像集，每个HDR图像集对应于所述一个或多个对象上的特定的照射位置或一个或多个照射位置的集合，并包括短曝光图像和长曝光图像，其中对于每个HDR图像集：
通过在所述CCD相机的短时全局曝光阶段检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的发射光和/或照射光获取所述短曝光图像，
通过在所述CCD相机的长时全局曝光阶段检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的发射光和/或照射光获取所述长曝光图像，所述CCD相机的所述长时全局曝光阶段持续得比所述短时全局暴露阶段长，并且给定HDR图像集的所述短曝光图像和所述长曝光图像都通过检测由于在所述HDR图像集对应的相同特定照射位置或照射位置的集合处通过所述照射光束照射所述一个或多个对象产生的透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的发射光和/或照射光而获得。
67.根据权利要求47所述的系统，其包括电流计光学扫描仪，其定位在从所述源电流计反射镜到所述一个或多个对象的所述照射光束的路径中，并且可操作以将所述照射光束引导到所述一个或多个对象上的多个照射位置；并且其中所述一个或多个获取的图像包括多个图像，每个对应于所述多个照射位置中的一个或多个照射位置的特定集合，并且表示(i)由于在一个或多个照射位置的对应特定集合处照射所述一个或多个对象而从所述一个或多个对象检测到的发射光和/或(ii)在一个或多个照射位置的对应特定集合处照射所述一个或多个对象之后检测到的透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的照射光。
68.根据权利要求67所述的系统，其中所述多个获取的图像包括至少100幅图像，所有图像都在小于或约等于200ms的时间内获取。
69.一种使对一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步以由CCD 相机进行快速图像获取的系统，所述系统包括：
(a)照射源，其被对准并可操作以从其输出发射照射光束并将所述照射光束通过激光快门引导到所述一个或多个对象；
(b)所述激光快门，其中所述激光快门可操作以自动打开和关闭，使得当打开所述激光快门时，允许所述照射光束穿过所述激光快门，从而照射所述一个或多个对象，并且当所述激光快门关闭时，它阻挡所述照射光束，从而防止所述一个或多个对象被所述照射光束照射；和
(c)CCD相机，其被对准并且可操作以通过(i)检测由于所述一个或多个对象被所述照射光束照射而产生的来自所述一个或多个对象的发射光和/或(ii)检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的照射光，获取所述一个或多个对象的一个或多个图像；
(d)激光快门控制器模块，其可操作以：
(A)响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，使所述激光快门打开，以便在所述CCD相机的全局曝光阶段中所述一个或多个对象被所述照射光束照射；和
(B)响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，使所述激光快门关闭，使得当所述CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象未被所述照射光束照射；
(e)处理器；和
(f)其上存储有指令的存储器，其中当由所述处理器执行时，所述指令使所述处理器：
接收和/或访问与所述CCD相机获取的一个或多个图像对应的数据；和
使用与获取的图像对应的所述数据获得所述一个或多个对象的一个或多个层析图像。
70.根据权利要求69所述的系统，其中对于所述一个或多个获取的图像的每一个，所述CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于或约等于400ms。
71.根据权利要求69或70任一项所述的系统，其中所述CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于所述CCD相机的快门延迟时间的10倍。
72.根据权利要求69所述的系统，其中所述CCD相机的全局曝光阶段的持续时间小于所述CCD相机的读出时间的10倍。
73.根据权利要求69所述的系统，其中所述CCD相机包括至少256乘256的检测器像素。
74.根据权利要求69所述的系统，其中所述CCD相机的传感器阵列的尺寸沿着至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于1/2英寸。
75.根据权利要求69所述的系统，其中所述CCD相机的视场沿着至少第一和/或第二尺寸大于或近似等于100mm。
76.根据权利要求69所述的系统，其中所述照射源的输出功率大于或近似等于100mW。
77.根据权利要求69所述的系统，其中所述照射源的稳定时间大于或近似等于1秒。
78.根据权利要求69所述的系统，其中当所述CCD相机不在全局曝光阶段时所述CCD相机的传感器阵列处的光水平小于或近似等于所述CCD相机的本底噪声。
79.根据权利要求69所述的系统，其中所述CCD相机可操作以通过接收图像获取信号以开始其全局曝光阶段，获得所述一个或多个图像的每一个。
80.根据权利要求69所述的系统，其中所述激光快门控制器模块可操作以：
向所述激光快门提供激光快门信号，其中所述激光快门信号的值的变化使所述激光快门打开和关闭，使得当所述激光快门信号具有第一激光快门信号值时，所述激光快门打开；和当所述激光快门信号具有第二激光快门信号值时，所述激光快门关闭；
接收第一触发信号，并响应于第一触发信号的接收，将所述激光快门信号的值调整为第一激光快门信号值，从而打开所述激光快门；和
接收第二触发信号，并响应于第二触发信号的接收，将所述激光快门信号的值调整为第二激光快门信号值，从而关闭所述激光快门。
81.根据权利要求80所述的系统，其中：
所述激光快门控制器模块可操作以：
从所述CCD相机接收CCD输出信号；和
基于接收到的CCD输出信号的值调整所述激光快门信号的值；
第一触发信号对应于所述CCD输出信号的第一变化；和
第二触发信号对应于所述CCD输出信号的第二变化。
82.根据权利要求69所述的系统，包括源壳体，所述照射源被容纳在所述源壳体中，并且其中所述照射光束被引导到所述源壳体的出口，并且所述激光快门被定位在所述出口处，使得当所述激光快门被关闭时，防止所述照射光束穿过所述出口。
83.根据权利要求69所述的系统，其包括光学系统壳体，所述照射源、所述激光快门、所述一个或多个对象以及所述CCD相机被容纳在其中，其中所述光学系统壳体对于环境光基本上是不透明的，从而限制了入射在所述CCD相机的传感器阵列上的环境光的量。
84.根据权利要求69所述的系统，其包括：
源电流计反射镜，其可操作以旋转多个角度并对准以：(i)在第一旋转角，反射所述照射光束以将其引导至所述一个或多个对象，和(ii)在第二旋转角，反射所述照射光束以将其引导离开所述一个或多个对象，使得当所述源电流计反射镜旋转到第一旋转角时，所述一个或多个对象被所述照射光束照射，并且当所述源电流计反射镜旋转到第二旋转角时，所述一个或多个对象未被所述照射光束照射；和
源电流计控制器模块，其可操作以：
响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，在与打开所述激光快门基本上同时使所述源电流计反射镜旋转到第一旋转角；和
响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号时，在与关闭所述激光快门基本上同时使所述源电流计反射镜旋转到第二旋转角。
85.根据权利要求84所述的系统，其中所述源电流计控制器模块可操作以：
通过向所述源电流计反射镜提供旋转信号自动打开和关闭所述激光快门，其中所述旋转信号的值的变化改变所述源电流计反射镜的旋转角度，使得当所述旋转信号具有第一旋转信号值时所述源电流计反射镜旋转到第一旋转角，并且当所述旋转信号具有第二旋转信号值时所述源电流计反射镜旋转到第二旋转角；
接收第一触发信号，并响应于接收到第一触发信号，将所述旋转信号的值调整为第一旋转信号值，从而使所述源电流计反射镜旋转到第一旋转角；和
接收第二触发信号，并响应于接收到第二触发信号，将所述旋转信号的值调整为第二旋转信号值，从而使所述源电流计反射镜旋转到第二旋转角。
86.根据权利要求85所述的系统，其中所述源电流计控制器模块可操作以：
从所述CCD相机接收CCD输出信号；和
基于接收到的CCD输出信号的值调整所述旋转信号的值。
87.根据权利要求84所述的系统，其包括：源壳体，所述源电流计反射镜和照射源容纳在所述源壳体中，并且其中：
所述源电流计反射镜被对准，使得：(i)在第一旋转角，所述照射光束被所述电流计反射镜反射，通过所述源壳体的出口并且(ii)在第二旋转角，所述照射光束被引导到所述源壳体内的光束收集器，和
所述激光快门被定位在所述出口处，使得当所述激光快门被关闭时，防止所述照射光束穿过所述出口。
88.根据权利要求69所述的系统，其中所述CCD相机可操作以获取一个或多个高动态范围(HDR)图像集，每个HDR图像集对应于所述一个或多个对象上的特定的照射位置或一个或多个照射位置的集合，并包括短曝光图像和长曝光图像，其中对于每个HDR图像集：
通过在所述CCD相机的短时全局曝光阶段检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的发射光和/或照射光获取所述短曝光图像，
通过在所述CCD相机的长时全局曝光阶段检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的发射光和/或照射光获取所述长曝光图像，所述CCD相机的所述长时全局曝光阶段持续得比所述短时全局暴露阶段长，并且所述HDR图像集的所述短曝光图像和所述长曝光图像都通过检测由于在所述HDR图像集对应的相同特定照射位置或照射位置的集合处通过所述照射光束照射所述一个或多个对象产生的透射通过所述对象或由所述对象反射的发射光和/或照射光而获得。
89.根据权利要求69所述的系统，其包括电流计光学扫描仪，其定位在从源电流计反射镜到所述一个或多个对象的所述照射光束的路径中，并且可操作以将所述照射光束引导到所述一个或多个对象上的多个照射位置；并且其中所述一个或多个获取的图像包括多个图像，每个对应于所述多个照射位置中的一个或多个照射位置的特定集合，并且表示(i)由于在一个或多个照射位置的对应特定集合处照射所述一个或多个对象而从所述一个或多个对象检测到的发射光和/或(ii)在一个或多个照射位置的对应特定集合处照射所述一个或多个对象之后检测到的透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的照射光。
90.根据权利要求89所述的系统，其中所述多个获取的图像包括至少100幅图像，所有图像都在小于或约等于200ms的时间内获取。
91.一种在使用CCD相机获取一个或多个高动态范围(HDR)图像集时避免晕状伪影的方法，每个HDR图像集包含短曝光图像和长曝光图像，所述方法包括：在一个或多个对象上的一个或多个照射位置照射所述一个或多个对象；和
对于所述一个或多个HDR图像集中的每个HDR图像集：
通过检测作为在所述一个或多个照射位置的对应特定集合的一个或多个照射位置处照射所述一个或多个对象的结果而透射通过一个或多个对象或者由一个或多个对象反射的(i)发射光和/或(ii)照射光，获取所述HDR图像集的所述短曝光图像，其中在所述CCD相机的短时曝光阶段期间检测所述发射光和/或照射光；
通过以下获取所述HDR图像集的所述长曝光图像：
(a)检测作为在一个或多个照射位置的对应特定集合处照射所述一个或多个对象的结果而透射通过所述一个或多个对象或者由所述一个或多个对象反射的发射光和/或照射光，其中在所述CCD相机的长时曝光阶段中检测所述发射光和/或照射光，使得所述长曝光图像包括一个或多个饱和图像像素；和
(b)调整所述CCD相机的片上合并水平，以使所述长曝光图像的每个图像像素对应于一组合并的检测器像素，每组合并的检测器像素的满阱容量大于单个检测器像素，使得基于调整后的片上合并水平，所述CCD相机的满阱容量饱和极限大于所述CCD相机的A/D数字化饱和极限；和
(c)调整所述长时曝光阶段的持续时间，以使每组对应于所述一个或多个饱和图像像素的饱和图像像素的一组或多组合并的检测器像素曝光足够长以累积足够的电荷，以超过(i)A/D数字化饱和极限，
但不超过(ii)满阱容量饱和极限和(iii)所述CCD相机的输出节点容量饱和极限，
从而避免晕状伪影。
92.根据权利要求91所述的方法，其包括对于每个HDR图像集，通过使对所述一个或多个对象的照射与所述CCD相机的全局曝光阶段同步，获取所述HDR图像集的(i)所述短曝光图像和/或(ii)所述长曝光图像。
93.一种通过使对要成像的一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步而用所述CCD相机进行快速3D荧光层析成像的方法，所述方法包括：
(a)在所述一个或多个对象上的多个照射位置，用激发光束照射所述要成像的一个或多个对象；
(b)用所述CCD相机获取多个图像，每个获取的图像对应于一个或多个照射位置的特定集合并且通过以下获得：(i)检测作为在一个或多个照射位置的相应特定集合处用所述激发光束照射的结果而从所述一个或多个对象发射的荧光和/或(ii)在一个或多个照射位置的对应特定集合处用所述激发光束照射所述一个或多个对象之后检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的激发光，其中步骤(b)通过将对所述一个或多个对象的照射与所述CCD相机的全局曝光阶段同步来执行，使得对于每个获取的图像，(i)在所述CCD相机的全局曝光阶段，所述一个或多个对象被所述激发光束照射；以及(ii)当所述CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象未被所述激发光束照射；
(c)由计算设备的处理器接收和/或访问对应于多个获取的图像的数据；和
(d)由所述处理器使用对应于所述多个获取的图像的数据创建所述一个或多个对象的一个或多个3D层析图像。
94.根据权利要求93所述的方法，其中使对所述一个或多个对象的照射与所述CCD相机的全局曝光阶段同步包括在所述CCD相机在全局曝光阶段时开启发射所述激发光束的激发源和在所述CCD相机不在全局曝光阶段时关闭所述激发源。
95.根据权利要求93或94所述的方法，其中使对所述一个或多个对象的照射与所述CCD相机的全局曝光阶段同步包括：
(a)将从照射源的输出发射的激发光束引导至源电流计反射镜，其中所述源电流计反射镜可操作以旋转多个角度；
(b)自动调整所述源电流计反射镜以在包括第一旋转角和第二旋转角的多个旋转角处对准，其中，在所述第一旋转角，将所述源电流计反射镜对准以反射所述激发光束以将其引导至要成像的一个或多个对象，从而照射所述一个或多个对象，并且在所述第二旋转角，将所述源电流计反射镜对准以反射所述激发光束以将其引导远离要成像的所述一个或多个对象，使得所述一个或多个对象不被照射；和
(c)用所述CCD相机获取一个或多个图像，其中：
所述CCD相机被对准并且可操作以(i)检测由于所述一个或多个对象被所述激发光束照射而产生的从所述一个或多个对象发出的光和/或(ii)检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的照射光，以及获取所述一个或多个图像的每一个包括：
(A)响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的开始的第一触发信号，将所述源电流计反射镜旋转到所述第一旋转角，以便在所述CCD相机的全局曝光阶段中所述一个或多个对象被所述激发光束照射；和
(B)响应于指示所述CCD相机的全局曝光阶段的结束的第二触发信号，将所述源电流计反射镜旋转至所述第二旋转角，使得当所述CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象未被所述激发光束照射，
从而使对所述一个或多个对象的照射与所述CCD相机的全局曝光阶段同步以由所述CCD相机进行快速图像获取。
96.根据权利要求93所述的方法，其中所述多个获取的图像包括通过以下获取的多个HDR图像集：
在所述一个或多个对象上的所述多个照射位置照射所述一个或多个对象；和
对于所述多个HDR图像集中的每个HDR图像集：
通过检测作为在所述一个或多个照射位置的对应特定集合的所述一个或多个照射位置处照射所述一个或多个对象的结果而透射通过一个或多个对象或者由一个或多个对象反射的(i)荧光和/或(ii)激发光，获取所述HDR图像集的短曝光图像，其中在所述CCD相机的短时曝光阶段期间检测所述荧光和/或所述激发光；
通过以下获取所述HDR图像集的长曝光图像：
(a)检测作为在所述一个或多个照射位置的对应特定集合处照射所述一个或多个对象的结果而透射通过所述一个或多个对象或者由所述一个或多个对象反射的所述荧光和/或所述激发光，其中在所述CCD相机的长时曝光阶段中检测所述荧光和/或所述激发光，使得所述长曝光图像包括一个或多个饱和图像像素；和
(b)调整所述CCD相机的片上合并水平，以使所述长曝光图像的每个图像像素对应于一组合并的检测器像素，每组合并的检测器像素的满阱容量大于单个检测器像素，使得基于调整后的片上合并水平，所述CCD相机的满阱容量饱和极限大于所述CCD相机的A/D数字化饱和极限；和
(c)调整所述长时曝光阶段的持续时间，以使每组对应于所述一个或多个饱和图像像素的饱和图像像素的一组或多组合并的检测器像素曝光足够长以累积足够的电荷，以超过(i)所述A/D数字化饱和极限，但不超过(ii)所述满阱容量饱和极限和(iii)所述CCD相机的输出节点容量饱和极限，
从而避免晕状伪影。
97.一种通过使对要成像的一个或多个对象的照射与CCD相机的全局曝光阶段同步而用CCD相机进行快速3D荧光层析成像的系统，所述系统包括：
(a)激发源，其被对准并可操作以从其输出发射激发光束并将所述激发光束引导到所述要成像的一个或多个对象上的多个照射位置；
(b)所述CCD相机，其中所述CCD相机被对准并可操作以获取多个图像，每个获取的图像对应于一个或多个照射位置的特定集合，并且每个获取的图像对应于一个或多个照射位置的特定集合并且通过以下获得：(i)检测作为在一个或多个照射位置的相应特定集合处用所述激发光束照射的结果而从所述一个或多个对象发射的荧光和/或(ii)在一个或多个照射位置的对应特定集合处用所述激发光束照射所述一个或多个对象之后检测透射通过所述一个或多个对象或由所述一个或多个对象反射的激发光；
(c)一个或多个控制器模块，每个与一个或多个光学系统组件相关联，其中每个控制器模块可操作以将对所述一个或多个对象的照射与所述CCD相机的全局曝光阶段同步，使得对于每个获取的图像，(i)在所述CCD相机的全局曝光阶段，所述一个或多个对象被所述激发光束照射；以及(ii)当所述CCD相机不在全局曝光阶段时，所述一个或多个对象未被所述激发光束照射；
(d)计算设备的处理器；和
(e)存储器，其具有存储在其上的指令，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器：
接收和/或访问与多个获取的图像相对应的数据；和
使用对应于所述多个获取的图像的数据创建所述一个或多个对象的一个或多个3D层析图像。
98.根据权利要求97所述的系统，其中所述一个或多个控制器模块包括激发源控制器模块，其中一个或多个相关联的光学系统组件包括所述激发源，并且其中所述激发源控制器模块可操作以通过在所述CCD相机在全局曝光阶段时打开所述激发源和在CCD相机不在全局曝光阶段时关闭所述激发源，使对所述一个或多个对象的照射与所述CCD相机的全局曝光阶段同步。
99.根据权利要求97或98所述的系统，其中所述一个或多个控制器模块的至少一个包括源电流计控制器模块和所述一个或多个相关联的光学系统组件包括源电流计反射镜。
100.根据权利要求97所述的系统，其中所述一个或多个控制器模块和相关联的光学系统组件中的至少一个包括激光快门控制器模块，并且所述一个或多个相关联的光学系统组件包括激光快门。
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