CN114594592B - 测量高次谐波成像方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测量高次谐波成像方法、装置、电子设备及存储介质，其中测量高次谐波成像方法的装置包括光源、光开关模块、光学模块、成像模块、计算机控制分析模块。利用光开关模块将光源发射的激发光调制成周期性光脉冲，由光电探测器输出与该周期性光脉冲同相位的电信号至相位同步模块，使相位同步模块在同一时刻输出数字信号至计算机控制分析模块，计算机控制分析模块开始从成像模块采集图像，以获取到与荧光过程相关的图像信息，然后通过计算机控制分析模块对图像进行数字算法处理，计算机控制分析模块进行图像处理的周期与光开关模块调制的光脉冲周期相同，保证最终结果的准确，输出的图像也不会受到噪声影响，使得成像质量进一步提高。

Description

测量高次谐波成像方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及荧光成像设备技术领域，尤其涉及测量高次谐波成像方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
荧光显微镜是利用高发光率的点光源照射被检物体，使被检物体内的荧光物质发出一定波长的光，然后利用显微镜观察物体的形状及位置，其主要适用于细胞结构和功能及化学成分的研究。其中荧光显微镜的成像质量与光源的强度、被检物体发出荧光的波长和强度以及环境噪声的大小等因素有着密切的联系。然而，针对一些特定的工况例如荧光发射光子数量少、光源强度不高、被检物体荧光强度弱、环境噪声大的情况时，普通的荧光显微镜无法直接观测到物体的形状及位置，无法实现高质量成像。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供测量高次谐波成像方法、装置、电子设备及存储介质，以解决现有技术中的一个或多个问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
测量高次谐波成像方法，包括以下步骤：
光源发射激发光；
光开关模块获取激发光调制成周期性光脉冲输出；
光学模块过滤所述周期性光脉冲至被检物体，使所述被检物体激发荧光光信号；
成像模块根据所述荧光光信号采集图像；
计算机控制分析模块获取图像并通过数字算法处理所述图像，所述图像的数字算法的周期与光开关模块输出的周期性光脉冲的周期相同。
进一步的，为了获取荧光光信号的时间信息，所述测量高次谐波成像方法还还包括步骤：
光电探测器获取周期性光脉冲转换为电信号；
相位同步模块获取所述电信号并转换为数字信号传输至计算机控制分析模块，所述光开关模块采集图像的时刻与光开关模块发出功率信号的时刻相同。
进一步的，所述测量高次谐波成像方法还包括步骤：
成像模块输出信号至分频模块；
分频模块根据所述信号分别输出第一分频信号至光开关模块以及输出第二分频信号至相位同步模块。
相应的，本发明还提供一种使用上述测量高次谐波成像方法的装置，所述测量高次谐波成像方法的装置包括
光源，所述光源用于提供激发光；
光开关模块，所述光开关模块设置于所述光源的出射端，所述光开关模块接收所述激发光并调制为周期性光脉冲；
光学模块，所述光学模块的一部分用于过滤所述周期性光脉冲，过滤后的所述周期性光脉冲在被检物体上激发荧光光信号并从光学模块的另一部分透射；
成像模块，所述成像模块设置于所述光学模块的出射端，用于获取所述荧光光信号并采集图像；
计算机控制分析模块，所述计算机控制分析模块用于从所述成像模块获取图像并且通过数字算法对所述图像进行图像处理。
进一步的，所述测量高次谐波成像方法的装置还包括光电探测器，所述光电探测器用于输出或输入与所述周期性光脉冲同相位的电信号；所述光电探测器为所述光开关模块的一部分或设置于所述光开关模块的下游。
进一步的，所述测量高次谐波成像方法的装置还包括相位同步模块，所述相位同步模块设置于所述光开关模块的输出部分，以用于接收或发射电信号并用于输出或输入与所述电信号同相位的数字信号。
进一步的，所述测量高次谐波成像方法的装置还包括分频模块，所述分频模块的输入端与所述成像模块连接，所述分频模块具有一部分输出端连接所述相位同步模块，所述分频模块具有另一部分输出端连接所述光开关模块，所述分频模块用于对成像模块的输出信号作分频处理并分别输出第一分频信号至所述光开关模块以及输出第二分频信号至所述相位同步模块。
进一步的，所述光开关模块包括机械式开关或电子式开关中的任意一种。
进一步的，所述光开关模块的光开关频率小于所述成像模块的帧频。
相应的，本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述测量高次谐波成像方法。
一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述测量高次谐波成像方法。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下
（一）本发明通过设置光开关模块，利用光开关模块将光源发射的激发光调制成周期性光脉冲，由光电探测器输出与该周期性光脉冲同相位的电信号至相位同步模块，使相位同步模块在同一时刻输出数字信号至计算机控制分析模块，计算机控制分析模块开始从成像模块采集图像，以获取到与荧光过程相关的图像信息，然后通过计算机控制分析模块对图像进行数字算法处理，计算机控制分析模块进行图像处理的周期与光开关模块调制的光脉冲周期相同，保证最终结果的准确，输出的图像也不会受到噪声影响，使得成像质量进一步提高。同样的，本发明也可以不设置相位同步模块，光开关模块与计算机控制分析模块的图像处理之间非同步，只要保证图像数字算法的周期与光开关模块输出的周期性光脉冲的周期相同，也可以获取到与荧光过程相关的图像信息，并且在图像处理后可以获取远比红外相机采集的荧光图像更清晰的高阶荧光强度度，根据高阶荧光强度图可以获取更多有关于荧光发光机制的信息，这是普通相机的直流模式无法获取的。
（二）进一步的，通过设置分频模块，使成像模块采集图像的同时传输电信号至相位同步模块以及同时传输光信号、电信号至光开关模块，成像模块采集图像的时间与分频模块发出电信号、光信号的时间以及光开关模块的开闭时间同频同相位，进而使成像模块采集图像的时刻固定而非随机，使相位可以准确对齐，保证图像处理时对相位以及强度测量更为精准。
附图说明
图1示出了本发明实施例一测量高次谐波成像方法的装置的结构示意图。
图2示出了本发明实施例一测量高次谐波成像方法的装置中光电探测器、光开关模块与相位同步模块连接的结构示意图。
图3示出了本发明实施例一测量高次谐波成像方法的装置中相位同步模块的结构示意图。
图4示出了本发明实施例一测量高次谐波成像方法的装置中计算机控制分析模块示意图。
图5示出了本发明实施例一测量高次谐波成像方法的装置进行测量高次谐波成像的流程示意图。
图6示出了本发明实施例一测量高次谐波成像方法的装置中光电探测器输出触发信号的流程示意图。
图7示出了本发明实施例二测量高次谐波成像方法的装置的结构示意图。
图8示出了本发明实施例二测量高次谐波成像方法的装置中成像模块输出信号触发计算机控制分析模块采集图像的示意图。
图9示出了本发明实施例二测量高次谐波成像方法的装置进行测量高次谐波成像的流程示意图。
图10示出了本发明实施例二测量高次谐波成像方法的装置进行测量高次谐波成像的时序示意图。
图11示出了本发明实施例三测量高次谐波成像方法的装置的结构示意图。
图12示出了本发明实施例四测量高次谐波成像方法的装置的结构示意图。
图13示出了本发明实施例五测量高次谐波成像方法的装置的结构示意图。
图14示出了本发明实施例测量高次谐波成像方法的装置执行测量高次谐波成像方法与传统平均方法对比的噪声数据示意图。
图15示出了本发明实施例测量高次谐波成像方法的装置未包括相位同步模块以及分频模块的结构示意图。
图16示出了传统近红外相机采集的荧光图像。
图17示出了对传统近红外相机采集的荧光图像执行本发明实施例所述测量高次谐波成像方法所获取的一阶荧光强度图。
图18示出了对传统近红外相机采集的荧光图像执行本发明实施例所述测量高次谐波成像方法所获取的二阶荧光强度图。
图19示出了对传统近红外相机采集的荧光图像执行本发明实施例所述测量高次谐波成像方法所获取的三阶荧光强度图。
图20示出了对传统近红外相机采集的荧光图像执行本发明实施例所述测量高次谐波成像方法所获取的四阶荧光强度图。
附图中标记：1、光源；2、光开关模块；3、第一滤光片；4、分色镜；5、被检物体；6、第二滤光片；7、成像模块；8、计算机控制分析模块；800、主控计算机；801、现场可编程逻辑门阵列；8010、接口控制模块；8011、相机控制部分；8012、通讯接口；8013、数据缓冲存储部分；9、相位同步模块；900、模拟数字转换单元；901、通讯单元；10、光电探测器；11、分频模块；12、光学模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的测量高次谐波成像方法、装置、电子设备及存储介质作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
实施例一：
请参考图1，本发明实施例所述测量高次谐波成像方法的装置包括光源1，所述光源1用于提供持续不断的激发光，该激发光作为荧光模态下的光源主要用于激发被检物体5的荧光光信号。
相应的，在本发明的其他实施例中，所述激发光也可以是紫外光或红外光中的任意一种，并且激发出的荧光也可以是可见光，对此，本发明对光源不作进一步限定，其只要满足提供激发光即可。
所述测量高次谐波成像方法的装置还包括光开关模块2，所述光开关模块2用于接收上述激发光并且将该持续的激发光转化为具有一定周期性的光脉冲。由于被检物体5发出的荧光光信号较弱、光致荧光效率低、本底背景噪声大，因此必须提高抗干扰能力和信噪比，由此采用光开关模块2将直流测量转化为交流测量。
其中，所述光开关模块2包括机械式开关或电子式开关中的任意一种。在本实施例一所述测量高次谐波成像方法的装置中所述光开关模块2选用机械式开关，具体是选用光学斩波器，所述光学斩波器对光波的持续时间进行调制，其中该光学斩波器使光周期性地通过或遮挡，使连续的入射光信号调整成不连续的光信号。优选的，上述光学斩波器主要包括控制单元以及与控制单元输出端连接的叶片，通过叶片的旋转使得入射光信号被调整成不连续的光信号。
相应的，在本发明的其他实施例中，所述电子式开关优选为液晶面阵开关，该电子式开关通电之后遮挡住光源1发射的激发光，而不通电时实现激发光的通过，对于光开关模块2的具体结构形式，本发明不再赘述，其只要实现对激发光的调制即可。
进一步的，请继续参考图1，所述光开关模块2还可提供与上述光脉冲同相位的参考信号至相位同步模块9。
具体的，请参考图2，所述与光脉冲同相位参考信号的提供是通过光电探测器10来实现，所述光电探测器10用于对光信号进行接收和探测，进而将光信号转换为电信号，并且该转换的电信号与光开关模块2所产生的斩波频率、相位相同。其中所述光电探测器10的输入端与所述光开关模块2中光信号的输出端相连接。优选的，在本实施例一所述测量高次谐波成像方法的装置中，所述光电探测器10区别于所述光开关模块2并且设置于所述光开关模块2的输出端，即所述光电探测器10设置于所述光开关模块2的下游，具体的，所述光电探测器10可优选为光敏电阻或光电二极管或者其他光信号转电信号器件中的任意一种。
相应的，在本发明的其他实施例中，所述光电探测器10不再设置在光开关模块2的下游，其属于光开关模块2的一部分，其实现的功能就是在光开关模块2的内部将光电探测器10自身产生的同步电信号输出至相位同步模块9。不论所述光电探测器10是否设置在光开关模块2的下游或设置在光开关模块2的内部，其只要实现转换的电信号与光开关模块2中产生的斩波频率、相位相同即可。
进一步的，请参考图3，下面详细描述相位同步模块9的结构如下：
所述相位同步模块9位于所述光电探测器10的输出端并且用于接收所述电信号，其中所述相位同步模块9包括模拟数字转换单元900以及与所述模拟数字转换单元900连接的通讯单元901。
具体的，所述模拟数字转换单元900用于将电信号转换成数字信号，具体用于将时间连续、幅值连续的电信号即模拟信号转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，其在转换过程可同时实现取样、保持、量化及编码的过程。
其中采样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。
量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。
编码则是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号。
优选的，在本实施例一所述的测量高次谐波成像方法的装置中，上述模拟数字转换单元900可以是A/D模数转换器，其用于采集识别从光电探测器10输出的电信号的上升沿或下降沿，例如当识别电信号的第一个上升沿或下降沿到来时，通过A/D模数转换器采集识别并转换为数字信号输出至通讯单元901。此功能一般是采用“中断”功能来实现，当外部输入的信号发生翻转或者有上升沿或者下降沿电信号时，会触发通讯信号的发出。
进一步的，请继续参考图3，在本实施例一所述测量高次谐波成像方法的装置中，所述通讯单元901优选为单片机，所述单片机可通过单片机内部接口与计算机控制分析模块8串口相连接。其中该单片机用于接收上述数字信号传输至计算机控制分析模块8，即当模拟数字转换单元900采集到电信号后立即将电信号转换成数字信号并传送至计算机控制分析模块8，使得模拟数字转换单元900的采集过程、数字信号的传送过程以及最终计算机控制分析模块8给成像模块7的触发信号与光开关模块2的斩波频率同相位，即时间相同。
相应的，在本发明的其他实施方式中，所述单片机与计算机控制分析模块8之间的通讯也可以采用RS232、RS485、RS422、USB、CAN（控制器局域网络）、以太网、蓝牙或WIFI等通讯方式。
相应的，在本发明的其他实施方式中，所述模拟数字转换单元900也可以替换为纯数字电路或者与纯数字电路功能等效的芯片、以及与纯数字电路功能等效的集成电路中的任意一种。
相应的，在本发明的其他实施方式中，所述单片机也可以优选采用智能模块或PLC（可编程逻辑控制器）或具有PCIe（PCI express）接口的板卡或具有I/O功能的采集卡中的任意一种，其功能是实现与计算机控制分析模块8的一部分基于PCIe总线协议来传输数字信号。
请参考图1和图5，所述测量高次谐波成像方法的装置还具有光学模块12，该光学模块12设置于光开关模块2的出射端，所述光学模块12的一部分用于过滤光开关模块2出射的周期性光脉冲并反射至被检物体5中，所述光学模块12具有另一部分用于将被检物体5激发的荧光光信号透射、过滤至成像模块7。
具体的，请参考图1，所述光学模块12包括第一滤光模块、分色镜4以及第二滤光模块，其中
请继续参考图1，所述第一滤光模块在本实施例一所述测量高次谐波成像方法的装置中选用第一滤光片3，所述第一滤光片3设置于所述光开关模块2的出射端，其用于将光开关模块2出射的具有周期性的光脉冲进行过滤，以获取波长为λ1的光信号。
请继续参考图1，所述分色镜4设置于所述第一滤光片3的出射端 ，该分色镜4可将上述波长为λ1的光信号反射至被检物体5上，使得被检物体5受到该波长λ1的光信号激发之后发射出荧光光信号，所述荧光光信号的波长为λ2，由于所述分色镜4可透射荧光，因此波长为λ2的荧光光信号可经过分色镜4出射。
请继续参考图1，所述第二滤光模块在本实施例一所述测量高次谐波成像方法的装置中选用第二滤光片6，所述第二滤光片6设置于所述分色镜4的出射端，其用于将分色镜4出射的波长为λ2的荧光光信号进行过滤。
下面详细描述成像模块7的具体结构如下：
请继续参考图1，所述成像模块7在本实施例一所述测量高次谐波成像方法的装置中选用相机，相机设置在第二滤光片6的出射端，相机获取从第二滤光片6出射的荧光光信号并转化为图像。
优选的，请参考图1，在本实施例一所述测量高次谐波成像方法的装置中，所述成像模块7优选为CCD相机或CMOS相机中的任意一种，其作为图像采集系统的传感器件，具有动态范围大、光谱响应宽、体积小、功耗低以及采样速度快的优点。其中，相机的帧频为20Hz～10000Hz,
进一步的，所述相机也可以基于通讯协议连接计算机控制分析模块8的一部分，该通讯协议与上述单片机与计算机控制分析模块8之间的通讯方式相同，对此本发明不作进一步赘述。
进一步的，请参考图1，上述光开关模块2在斩波之后的光开关频率小于成像模块7即相机的帧频。因为每个光周期内需要存在多张图像，例如是8张、16张、32张或64张，因此一个光周期的时间是要大于相机的每一帧的时间，即光开关频率小于相机的帧频。
请继续参考图1，所述测量高次谐波成像方法的装置还包括计算机控制分析模块8,下面详细描述本实施例一中计算机控制分析模块8的具体结构如下：
请参考图4，所述计算机控制分析模块8包括主控计算机800以及与所述主控计算机800连接的现场可编程逻辑门阵列801（即FPGA），其中主控计算机800用于设定上述成像模块7的曝光时间、帧频以及显示窗口大小等参数。所述现场可编程逻辑门阵列801包括接口控制模块8010、相机控制部分8011、通讯接口8012以及数据缓冲存储部分8013。上述主控计算机800基于某一通讯协议（该通讯协议为RS232、RS485、RS422、USB、CAN、以太网、蓝牙或WIFI中的任意一种）将控制命令传送至现场可编程逻辑门阵列801中的接口控制模块8010，该接口控制模块8010根据接收到的参数，将已经固化在数据缓冲存储部分8013内部对应的控制代码即触发信号传送至通讯接口8012处理，通过内部串行模块将代码发送给成像模块7。
当成像模块7得到控制命令采集图像后，其将图像数据、时钟信号、帧频信号、行频信号以及数据有效信号发送至现场可编程逻辑门阵列801的通讯接口8012，经过现场可编程逻辑门阵列801中的数据缓冲存储部分8013对高速数据流操作，该高速数据流操作具体是通过数字算法即离散傅里叶变换并得到振幅和相位数据，最终将图像数据的每一像素处理后的信号值组合得到图像的强度分布图和图像相位分布图，并最终通过接口控制模块8010将该图像传输至主控计算机800并存储在主控计算机800的存储单元内部，同时也可以从存储单元内部调取出数据并由连接主控计算机800的显示单元显示。由于上述数字算法具有极高的幅值测量精度和空间分辨率，因此可探测到极其微弱的荧光发射和分辨出被检物体5的细微结构。
由于采集的图像中具有噪声信号、直流信号等干扰信号，有用的信号会淹没在噪声中，无法从图像中分辨出，而数字算法的目的就是将微弱的周期性信号从众多的干扰信号中提取出来，进而有效抑制噪声。
具体的，上述离散傅里叶变换所采用的公式如下：
Figure 601493DEST_PATH_IMAGE001
其中xn为原始图像数据，e为自然底数，i为虚数单位，N是图像数据的总张数，n是索引数字，k表示高次谐波的阶数，而Xk即为离散傅里叶变换后的数据。
请参考图16为传统近红外相机采集的荧光图像，该荧光图像为直径为0.5mm的毛细管受激光照射所显示的图像，其中荧光波段为900nm～1700nm，该采集的荧光图像经过上述数字算法可得到相比于红外相机采集的荧光图像更清晰的一阶荧光强度图（如图17所示），该一阶公式可以表示为：
Figure 522176DEST_PATH_IMAGE002
其中xn为原始图像数据，e为自然底数，i为虚数单位，N是图像数据的总张数，n是索引数字，k表示高次谐波的阶数，而Xk即为离散傅里叶变换后的数据。即当荧光分子受到激光激发之后，不仅会产生一阶的荧光过程，还会产生除一阶之外的高阶的荧光过程。当激发光的能量照射至荧光分子之后，电子跃迁到高能级态，由于高能级态的附近具有许多子能级，使电子可以弛豫至子能级，最终由子能级跃迁到基态。而高阶的荧光过程与电子从高能级跃迁至低能级的物理过程相关，其可以表现出荧光信号与激发光之间的非线性效应。
同样的，当k=2时,可得到二阶荧光强度图（请参考图18），当k=3时，可得到三阶荧光强度图（请参考图19），当k=4时，可得到四阶荧光强度图（请参考图20），随着高次谐波阶数的上升，高阶的荧光强度会迅速减弱。综上所述，通过对采集到的一系列荧光图像进行图像处理，可以得到高阶的荧光强度图，进而根据该荧光强度图获取更多有关于荧光发光机制的信息，例如获取荧光发光过程中的非线性效应，而普通相机的直流模式是无法获取上述信息的。
相应的，在本发明的其他实施例中所述主控计算机800也可以是工业计算机、云计算处理终端或是计算中心中的任意一种，其只要能实现图像处理功能即可。
相应的，在本发明的其他实施例中，除了使用上述现场可编程逻辑门阵列801来处理图像之外也可以使用计算机控制分析模块8内部的软件代码来进行图像处理。
相应的，请参考图5，本发明还提供一种利用上述测量高次谐波成像方法的装置进行成像的方法，具体包括步骤如下：
光源1发射出激发光；
光开关模块2接收所述激发光，光开关模块2通过斩波的方式使得持续的激发光在经过斩波之后转换为周期性的光脉冲，并且利用光电探测器10使得在转换为周期性光脉冲的同时还提供与所述周期性光脉冲同相位的电信号至相位同步模块9。
进一步的，请参考图3和图5，上述电信号进入相位同步模块9之后通过模拟数字转换单元900转换为数字信号，并且通过通讯单元901输出至计算机控制分析模块8，使得所述计算机控制分析模块8产生触发信号并发送至成像模块7。具体的，由于上述光脉冲为占空比50%的光脉冲，即该光脉冲一半具有光，另一半无光，因此该光脉冲具有周期性，并且上述电信号也是与斩波信号同相位并且也是具有周期性的，因此，在一段时间内，该计算机控制分析模块8会控制成像模块7连续采集。
请继续参考图3和图5，在输出上述电信号的同一时刻，上述周期性光脉冲即光信号也进入光学模块12，请参考图1和图5，具体是首先通过第一滤光片3，得到具有波长为λ1的光信号，该波长为λ1的光信号反射至被检物体5上，使被检物体5受到波长为λ1的光信号激发之后发射出波长为λ2的荧光光信号，其中该荧光光信号的波长λ2大于上述波长λ1，分色镜4将该波长为λ2的荧光光信号透射，并经过第二滤光片6过滤。
请继续参考图4和图5，成像模块7即相机获取经过第二滤光片6过滤之后的荧光光信号并且根据上述计算机控制分析模块8提供的触发信号采集一系列图像，成像模块7获取的图像传送至通讯接口8012，由计算机控制分析模块8内部的现场可编程逻辑门阵列801进行图像处理，该图像处理是基于按照频率进行数字算法即离散傅里叶变换，该频率与光开关模块的斩波频率保持一致，最终变换得到对每一幅图像的相位谱和能量谱，其传输至主控计算机800的存储单元内部，或者也可以调取并在与主控计算机800连接的显示单元中以强度分布图和相位分布图进行显示。
相应的，上述光开关模块2输出光信号并由光电探测器转换为电信号，电信号输出至相位同步模块9，由相位同步模块9转换成数字信号输出至计算机控制分析模块8，计算机控制分析模块8发出触发信号后成像模块7开始获取荧光光信号采集图像，计算机控制分析模块8获取该采集图像进行图像处理。
进一步的，光开关模块2中周期性光脉冲的周期与图像的数字算法周期相同。所述光开关模块2中周期性光脉冲的周期是指光从开至关，再到下一次开之前的所有时间，而图像的数字算法周期是指成像模块7采集固定时间长度内的图像。其中光开关模块2中光脉冲的周期控制可通过控制电源通断或控制光开关模块2的频率来实现，而图像的数字算法周期由成像模块7的每张图像的采集时间（帧频的倒数）乘以每个周期内的图像数目实现。
请参考图14即测量高次谐波成像方法的装置执行测量高次谐波成像方法与传统平均方法对比的噪声数据示意图，其中横坐标表示采集的照片数目，纵坐标是无单位量，即图片的灰度值标准差，矩形点表示常用的平均方法在每次采样之后的图像噪声数据，可以看到各噪声的标准差在6左右，而圆形点表示采用本发明测量高次谐波响应成像方法之后可以看到噪声的标准差从3左右持续下降，噪声标准差减小，降噪效果显著。
相应的，请参考图6，在本发明的其他实施例中，所述光电探测器10可提供与周期性光脉冲同相位的一部分电信号（即触发信号）至成像模块7，同时另一部分电信号输出至相位同步模块9并转换成数字信号输出至计算机控制分析模块8，使计算机控制分析模块8被输入数字信号的同时处于等待模式并同步执行被动接收命令，成像模块7根据获取到的荧光光信号并结合电信号采集图像，同时向计算机控制分析模块8输出图像，计算机控制分析模块8被动接收来自成像模块7采集的图像并进行图像处理。
请参考图15，相应的，在本发明的其他实施例中还具有另一种工作模式，即光开关模块2与计算机控制分析模块8的图像处理之间非同步，在该工作模式下不再需要相位同步模块9，只需要将光开关模块2中周期性光脉冲的周期与图像的数字算法周期相同即可。
进一步的，在上述另一种工作模式中首先需要确定图像的数字算法周期，然后根据图像的数字算法周期调节光脉冲的周期，这是因为图像的数字算法周期是一个分立的数值，例如2.5Hz、5Hz、10Hz等，而光脉冲的周期是可以通过控制电源或信号发生器、或控制光开关模块2来调节，自由度较大。
因此，若在成像过程中需要依靠相位，则光开关模块2与计算机控制分析模块8之间是需要相位同步模块9，而若仅仅只关心强度，则此时也不需要相位信息，因此也不需要相位同步模块9。
相应的，在本发明的其他实施例中，在图15的基础上将分色镜4取消，直接将激发光经过光开关模块2、第一滤光片3之后照射置被检物体5上，其适用于对大物体的荧光成像。
相应的，本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述测量高次谐波成像方法的装置进行成像的方法。
相应的，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述测量高次谐波成像方法的装置进行成像的方法。
实施例二：
考虑到成像模块7的采集时刻（也可以称为成像模块积分时间的开始时刻）会是成像模块积分时间的中间时刻，此时成像模块7会输出最近时刻的照片，成像模块7的采集时刻并不固定而是随机的，即可能是在成像模块7采集时间内的某一时刻，也有可能是在成像模块7积分时间结束的空闲时刻，此时相位无法准确对齐，因此可以采用实施例二的结构实现相位对齐。
具体的，请参考图7、图8、图9及图10，实施例二与实施例一不同的是其不是通过相位同步模块9来触发计算机控制分析模块8的采集图像行为，是根据成像模块7内部的输出信号来触发计算机控制分析模块8的采集图像行为。在硬件结构上实施例二与实施例一的结构大部分相同，不同的是所述测量高次谐波成像方法的装置还包括分频模块11。
具体的，请继续图7、图8、图9及图10，所述分频模块11具有一部分输入端与成像模块7的输出端连接，同样的，所述分频模块11具有一部分输出端与相位同步模块9的输入端连接，所述分频模块11还具有另一部分输出端与光开关模块2的输入端连接，所述分频模块11用于对成像模块7的输出信号作分频处理，具体是对相机拍照的时钟信号作分频处理，上述时钟信号可以理解为由电路产生的周期性脉冲信号，也可以理解为其是一种特殊信号震荡之间的高和低的状态。分频模块11分频处理之后分别输出第一分频信号至光开关模块2以及输出第二分频信号至相位同步模块9。其中成像模块7传递出的信号一般与其帧频保持一致，即每采集一张图像（即照片）就会输出一个周期的方波信号，由于需要采集多张图像组成一个新的周期进行图像处理，新的周期的频率比帧频低，同时又要保证两者之间是正整数倍数关系，因此，若需要降低成像模块7传递出的信号的频率，则需要采用分频的方法来降低该频率信号。分频之后的低频信号用于输入至光开关模块2，实现与该低频信号同相位的斩波功能，同时也要输入到相位同步模块9中，实现与该低频信号同相位的采集图像的功能。
优选的，上述分频模块11可以优选为数字电路芯片（比如74HC4040,十二位异步二进制计数器等）、现场可编程逻辑门阵列FPGA（比如Xilinx ZYNQ、Xilinx Artix-7、AlteraCyclone IV等）、数字信号处理芯片DSP中的任意一种。
请继续参考图7、图8、图9及图10，当光开关模块2接收到第一分频信号之后例如在第一分频信号的上升沿处开启，进而可以接收来自光源1发射的激发光并调制成周期性光脉冲（即发出功率信号），当达到一定的脉冲周期之后到达下降沿处光开关模块2关闭，使得光开关模块2中接收到的第一分频信号的上升沿与周期性光脉冲的上升沿对齐，第一分频信号的下降沿与周期性光脉冲的下降沿对齐，同样的，周期性光脉冲通过光学模块12过滤之后与被检物体5接触，进而在被检物体5上激发出荧光光信号，荧光光信号同样被过滤并由成像模块7获取。
同样的，请参考图7、图8、图9及图10，第二分频信号也进入至相位同步模块9并输出数字信号至计算机控制分析模块8，使计算机控制分析模块8接收数字信号后在该信号的上升沿处知晓在该时刻成像模块7会采集图像，计算机控制分析模块8被输入数字信号的同时处于等待模式并同步执行被动接收命令，成像模块7采集图像之后将图像输出至计算机控制分析模块8，并由计算机控制分析模块8对图像进行图像处理。
请参考图10，成像模块7每次开始采集图像的时刻相对于光开关模块2的发出功率信号的时刻始终是相同的，由于成像模块7与光开关模块2的相对时间是固定的，使得成像模块7每次采集图像的初始条件都相同，也就是说成像模块7采集图像的时刻不能在任意时刻开始，在该情况中需相位保持一致。例如参考图10，光开关模块2发出功率信号（即开关频率）的时刻与该采集时刻相匹配，成像模块7每次采集的时刻与分频模块11发出信号的时刻相匹配，并且成像模块7的采集时刻与图像数据的输出时刻匹配。
相应的，若不需要相位一致，则成像模块7采集图像的时刻可以在任意时刻开始，只要保证光开关模块2发出功率信号的时刻与成像模块7采集图像的时刻一致。
采集图像后的计算机控制分析模块8利用软件进行图像处理，即通过代码实现离散傅里叶变换，进而运行得出每幅图像的相位谱和能量谱，其传输至主控计算机800的存储单元内部，或者也可以调取并在与主控计算机800连接的显示单元中以强度分布图和相位分布图进行显示。
采用实施例二所述的利用成像模块7的触发输出模式，使得成像模块7在刚准备积分（或者也可以说是曝光）时就会输出信号并通过分频模块11传输至光开关模块2和相位同步模块9，光开关模块2的开启时间，以及相位同步模块9输出数字信号并转化为计算机控制分析模块8接收图像的时间均处于同一时刻，该时刻即是固定的而非是随机的，因此对相位以及对强度的测量更为精准。
相应的，在本发明的其他实施例中还具有另一种工作模式，即光开关模块2与计算机控制分析模块8的图像处理之间非同步，该工作模式的结构示意图也请参考图15，在该工作模式下不再需要相位同步模块9以及分频模块11，只需要将光开关模块2中光脉冲的周期与图像的数字算法周期相同即可。
实施例三：
请参考图11，实施例三与实施例二的大部分结构相同，不同是光开关模块2的一部分输出端与成像模块7的输入端相连，而成像模块7则具有一输出端与计算机控制分析模块8的输入端连接。此时不再需要相位同步模块9以及分频模块11。
请继续参考图11，利用实施例三所述测量高次谐波成像方法的装置测量高次谐波的方法包括以下步骤：
光源1发射激发光。
光开关模块2接收所述激发光，激发光调制为周期性光脉冲并进入光学模块12滤波。
同样的，上述光开关模块2还提供与周期性光脉冲同相位的电信号至成像模块7 ，此时计算机控制分析模块8处于等待模式，其具有被动接收功能，成像模块7根据获取到的荧光光信号并结合电信号采集图像，同时向计算机控制分析模块8输出图像，计算机控制分析模块8被动接收来自成像模块7采集的图像并进行图像处理。
实施例四：
请参考图12，实施例四与实施例三的大部分结构相同，不同的是光源1为周期性光源并且优选为频闪光源，此时不再需要光开关模块2以及相位同步模块9。
请继续参考图12，该实施例四中成像方法的具体步骤如下：
光源1发射激发光，该激发光为频闪光源。
频闪光源的一部分光信号通过光学模块12过滤（过滤方式与实施例一相同）并在被检物体5表面激发出荧光光信号，该荧光光信号被成像模块7接收。
同样的，在同一时刻中，光源1的内部输出电信号或者通过外部的光电探测器10转化为电信号并输出至成像模块7。
成像模块7根据该电信号以及荧光光信号进行图像采集，同时将采集的图像输出至计算机控制分析模块8，计算机控制分析模块8被动接收该图像，并且以实施例一中计算机控制分析模块8所述的硬件结构进行图形处理，或者也可以以实施例二中计算机控制分析模块8中的软件并结合代码进行计算来实现图像处理。
实施例五：
请参考图13，实施例五与实施例四的大部分结构相同，在硬件结构上不同的是在成像模块7的内部增加计算机控制分析模块8，即计算机控制分析模块8属于成像模块7的一部分，具体是可以采用小型化的板卡集成于成像模块7的内部，同样的，该计算机控制分析模块8的图像处理方式也可以是以实施例一中计算机控制分析模块8所述的硬件结构进行图形处理，或者也可以以实施例二中计算机控制分析模块8中的软件并结合代码进行计算来实现图像处理。最终图像处理完成之后也可以通过外接显示单元显示强度分布图以及相位分布图。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.测量高次谐波成像方法，其特征在于包括以下步骤：
光源发射激发光；
光开关模块获取激发光调制成周期性光脉冲输出；
光学模块过滤所述周期性光脉冲至被检物体，使所述被检物体激发荧光光信号；
成像模块根据所述荧光光信号采集图像；
计算机控制分析模块获取图像并通过数字算法处理所述图像，所述图像的数字算法的周期与光开关模块输出的周期性光脉冲的周期相同。
2.如权利要求1所述的测量高次谐波成像方法，其特征在于：为了获取荧光光信号的时间信息，所述测量高次谐波成像方法还包括步骤：
光电探测器获取周期性光脉冲转换为电信号；
相位同步模块获取所述电信号并转换为数字信号传输至计算机控制分析模块，所述成像模块采集图像的时刻与光开关模块发出功率信号的时刻相同。
3.如权利要求2所述的测量高次谐波成像方法，其特征在于：所述测量高次谐波成像方法还包括步骤：
成像模块输出信号至分频模块；
分频模块根据所述信号分别输出第一分频信号至光开关模块以及输出第二分频信号至相位同步模块。
4.使用如权利要求1～3任意一项所述测量高次谐波成像方法的装置，其特征在于：
所述测量高次谐波成像方法的装置包括
光源，所述光源用于提供激发光；
光开关模块，所述光开关模块设置于所述光源的出射端，所述光开关模块接收所述激发光并调制为周期性光脉冲；
光学模块，所述光学模块的一部分用于过滤所述周期性光脉冲，过滤后的所述周期性光脉冲在被检物体上激发荧光光信号并从光学模块的另一部分透射；
成像模块，所述成像模块设置于所述光学模块的出射端，用于获取所述荧光光信号并采集图像；
计算机控制分析模块，所述计算机控制分析模块用于从所述成像模块获取图像并且通过数字算法对所述图像进行图像处理。
5.如权利要求4所述测量高次谐波成像方法的装置，其特征在于：所述测量高次谐波成像方法的装置还包括光电探测器，所述光电探测器用于输出或输入与所述周期性光脉冲同相位的电信号；所述光电探测器为所述光开关模块的一部分或设置于所述光开关模块的下游。
6.如权利要求5所述测量高次谐波成像方法的装置，其特征在于：所述测量高次谐波成像方法的装置还包括相位同步模块，所述相位同步模块设置于所述光开关模块的输出部分，以用于接收或发射电信号并用于输出或输入与所述电信号同相位的数字信号。
7.如权利要求6所述测量高次谐波成像方法的装置，其特征在于：所述测量高次谐波成像方法的装置还包括分频模块，所述分频模块的输入端与所述成像模块连接，所述分频模块具有一部分输出端连接所述相位同步模块，所述分频模块具有另一部分输出端连接所述光开关模块，所述分频模块用于对成像模块的输出信号作分频处理并分别输出第一分频信号至所述光开关模块以及输出第二分频信号至所述相位同步模块。
8.如权利要求4所述测量高次谐波成像方法的装置，其特征在于：所述光开关模块包括机械式开关或电子式开关中的任意一种。
9.如权利要求8所述测量高次谐波成像方法的装置，其特征在于：所述光开关模块的光开关频率小于所述成像模块的帧频。
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1～3任意一项所述的方法。
11.一种可读存储介质，其特征在于：所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1～3任意一项所述的方法。
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