CN117132504B - 基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法 - Google Patents

基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法，涉及光子计数成像领域，该方法包括：利用阳极探测器检测模块采集包括目标物体信息的目标荧光，并对目标荧光进行检测，以生成与目标物体信息对应的目标光谱计数曲线；利用计数缺少检测模块根据多个波长节点和阳极探测器检测模块的最大波长探测区间确定目标光谱计数曲线的波长节点缺少程度；利用计数异常检测模块根据目标光谱计数曲线进行异常节点检索过程；利用计数成像去除干扰模块根据波长节点缺少程度对目标光谱计数曲线中的异常节点对应的光子计数率进行赋值过程；以及，利用展示模块显示完成赋值过程的目标光谱计数曲线。该方法能够减少光谱成像的干扰，提升光谱成像精度。

Description

基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法
技术领域
本发明涉及光子计数成像领域，具体而言，涉及一种基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法。
背景技术
单光子光谱计数技术是一种基于光子计数原理的高灵敏度光谱测量方法，适用于分析微观粒子的荧光信号。该技术通过检测单个光子的到达时间和能量来实现精确的光谱测量。然而在实际应用中，由于样品本身特性和环境条件的干扰，单光子光谱计数技术存在误差较大的问题。
为了解决单光子光谱计数技术存在误差较大的问题，目前常常采用时间校正技术进行校正。时间校正技术是通过对光子到达时间进行精确测量和校正，以减少误差并提高计数精度。这种技术通常涉及参考信号源，如稳定的光脉冲源或高稳定性的时间标记源，来同步校正光子到达时间。但这样的校正方法仍然存在一定的局限性，例如需要极高的计算性能和计算精度，成本较大，以及器件本身精度有限导致无法进一步提升计数成像的精度等问题。因此，需要寻找更有效的方法来解决这一问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法，能够有效减少光谱成像的干扰，提升光谱成像精度。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法，应用于单光子光谱计数技术成像系统，单光子光谱计数技术成像系统包括阳极探测器检测模块、计数缺少检测模块、计数异常检测模块、计数成像去除干扰模块和展示模块；其中，基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法包括如下步骤：利用阳极探测器检测模块采集包括目标物体信息的目标荧光，并对目标荧光进行检测，以生成与目标物体信息对应的目标光谱计数曲线；其中，目标光谱计数曲线包括按波长从小到大顺序排列的多个波长节点以及与每个波长节点对应的光子计数率，光子计数率表示在与其对应波长节点检测到的光子计数量与阳极探测器检测模块检测到的光子计数总量之间的比值；利用计数缺少检测模块根据多个波长节点和阳极探测器检测模块的最大波长探测区间确定目标光谱计数曲线的波长节点缺少程度；其中，波长节点缺少程度由多个波长节点的数量与最大波长探测区间对应的波长节点总数的比值确定；利用计数异常检测模块根据目标光谱计数曲线进行异常节点检索过程；其中，异常节点检索过程包括：确定多个波长节点中的异常节点以及将异常节点对应的光子计数率设置为空值，其中，异常节点为多个波长节点中与相邻波长节点之间的光子计数率的差值大于预设阈值的波长节点；利用计数成像去除干扰模块根据波长节点缺少程度对目标光谱计数曲线中的异常节点对应的光子计数率进行赋值过程；其中，赋值过程包括：利用预设的标准光谱计数曲线对异常节点对应的光子计数率进行赋值；以及，利用展示模块显示完成赋值过程的目标光谱计数曲线。
在可选的实施例中，利用计数异常检测模块根据目标光谱计数曲线进行异常节点检索过程，包括如下步骤：利用计数异常检测模块根据如下公式确定多个波长节点中的第i个波长节点的计数变化率：
；
其中，xi表示第i个波长节点对应的光子计数率，xi+1表示第i+1个波长节点对应的光子计数率，yi表示第i个波长节点的计数变化率；当第i个波长节点满足异常条件时，则将第i个波长节点确定为异常节点，以及将第i个波长节点对应的光子计数率设置为空值；其中，异常条件包括，k表示第i+1个波长节点与第i个波长节点之间的波长差值，a为预设数值；以及，当第i个波长节点满足正常条件时，则将第i个波长节点确定为正常节点；其中，正常条件包括yi<a(k+1)。
在可选的实施例中，利用计数成像去除干扰模块根据波长节点缺少程度对目标光谱计数曲线中的异常节点对应的光子计数率进行赋值过程，包括如下步骤：利用计数成像去除干扰模块确定目标光谱计数曲线中的至少一个曲线段；其中，每个曲线段中的波长节点均为异常节点；在波长节点缺少程度大于预设缺少值时，执行如下步骤1和步骤2；步骤1，对于至少一个曲线段中的第j个曲线段，当第j个曲线段中的异常节点数量大于预设异常数量时，则根据标准光谱计数曲线中与第j个曲线段对应的标准曲线段的光谱计数率对第j个曲线段的光谱计数率进行赋值，以使第j个曲线段中的所有异常节点在赋值后满足正常条件；步骤2，当第j个曲线段中的异常节点数量小于预设异常数量时，则采用插值算法对第j个曲线段的光谱计数率进行赋值；在波长节点缺少程度小于预设缺少值时，则采用插值算法对至少一个曲线段中的第j个曲线段的光谱计数率进行赋值。
在可选的实施例中，预设缺少值根据阳极探测器检测模块的系统误差值确定；其中，系统误差值表示：阳极探测器检测模块在对荧光进行检测的过程中，生成的实时光谱计数曲线与实际光谱计数曲线之间的平均差值。
在可选的实施例中，系统误差值利用如下步骤计算：利用阳极探测器检测模块连续N次采集包括预设物体信息的预设荧光，并对每个预设荧光进行检测，以生成与预设物体信息对应的N个预设光谱计数曲线；其中，每个预设光谱计数曲线包括按波长从小到大顺序排列的多个波长节点以及与每个波长节点对应的光子计数率；计算每个预设光谱计数曲线对应的波长节点缺少程度；根据波长节点缺少程度在N个预设光谱计数曲线中确定M个预设光谱计数曲线；其中，M个预设光谱计数曲线中的每个预设光谱计数曲线的波长节点缺少程度均大于第一阈值，并且M个预设光谱计数曲线中的任意一个预设光谱计数曲线与M个预设光谱计数曲线中的至少一个其他预设光谱计数曲线在检测时序上相邻；根据M个预设光谱计数曲线在检测时序上的相邻关系将M个预设光谱计数曲线分为Q个曲线组；其中，每个曲线组中的所有预设光谱计数曲线在检测时序上连续相邻；根据如下公式计算每个曲线组对应的误差总值：(v=1,2,…,nv)；其中，TEVk表示Q个曲线组中的第k个曲线组对应的误差总值，LDv表示第k个曲线组中的第v个预设光谱计数曲线对应的波长节点缺少程度，nv表示第k个曲线组中的预设光谱计数曲线的数量；根据如下公式计算每个曲线组对应的系统误差贡献率：/>；其中，SECRk表示第k个曲线组对应的系统误差贡献率；根据如下公式计算Q个曲线组的误差分布情况值：(k=1,2,…,Q)；其中，EDSV表示Q个曲线组的误差分布情况值，误差分布情况值表示M个预设光谱计数曲线在N个预设光谱计数曲线中的分布情况；以及，根据如下公式计算系统误差值：/>(k=1,2,…,Q)；其中，SEV表示系统误差值，c1、c2、c3为预设常数并且c1为大于等于1的正数。
在可选的实施例中，预设缺少值与系统误差值成负相关关系。
在可选的实施例中，预设缺少值根据如下公式计算：；其中，Y表示预设缺少值，c4、c5为预设常数。
在可选的实施例中，还包括如下阳极探测器检测模块的启动步骤：利用阳极探测器检测模块获取经分光系统色散好的光谱成像信息；根据光谱成像信息获取阳极探测器检测模块中的微通道板（Microchannel Plate，MCP）的输出面与位敏阳极之间的距离，以及获取MCP的输出面与位敏阳极之间的偏置电压；以及，执行间距检测和偏压检测中的至少一个检测过程；其中，间距检测包括：当距离超出预设距离范围时，发出第一预警信息；偏压检测包括：当偏置电压超出预设电压范围时，发出第二预警信息。
在可选的实施例中，在发出第一预警信息或第二预警信息后，方法还包括如下步骤：调整阳极探测器检测模块的接收方向与目标荧光的入射方向之间的角度，以使接收方向与入射方向之间的夹角增大预设角度增量；以及，再次执行启动步骤。
第二方面，本发明提供一种单光子光谱计数技术成像系统，包括阳极探测器检测模块、计数缺少检测模块、计数异常检测模块、计数成像去除干扰模块和展示模块；其中，所述单光子光谱计数技术成像系统在运行时用于执行第一方面中任意一个实施例所述的基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法。
根据上述各个方面提供的实施例，异常节点检索过程可以检索出目标光谱计数曲线中的异常节点（也即是光子计数率存在异常变化的波长节点），然后将这些异常节点设置为空值。赋值过程可以利用预设的标准光谱计数曲线对前面确定出的异常节点进行赋值，从而可以使得异常节点对应的光子计数率被调整为正常变化的光子计数率，因此，可以使得完成赋值过程的目标光谱计数曲线的计数情况更加符合实际情况，减少因设备或人为因素导致的干扰。因此，本发明实施例能够有效减少光谱成像的干扰，提升光谱成像精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例所提供的单光子光谱计数技术成像系统的一种模块框图；
图2示出了本发明实施例提供的一种基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法的流程示意图；
图3示出的是应用本发明提供的方法实施例所确定的光谱计数曲线的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
为了解决上文中的“现有的单光子光谱计数校正方法仍然存在一定的局限性，例如需要极高的计算性能和计算精度，成本较大，以及器件本身精度有限导致无法进一步提升计数成像的精度”等问题。本发明实施例提出了一种技术方案，包括一种基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法以及单光子光谱计数技术成像系统。根据该技术方案，本发明实施例能够有效地减少光谱成像的干扰，提升光谱成像精度。
首先，结合附图对本发明实施例提供的单光子光谱计数技术成像系统进行说明。请参照图1，图1为本发明实施例所提供的单光子光谱计数技术成像系统的一种模块框图。其中，单光子光谱计数技术成像系统100可以包括：阳极探测器检测模块110、计数缺少检测模块120、计数异常检测模块130、计数成像去除干扰模块140和展示模块150。
其中，上述的各个模块可以软件或固件（Firmware）的形式存储于存储器中或固化于单光子光谱计数成像仪的操作系统（Operating System，OS）中，并可由单光子光谱计数成像仪中的处理器/控制器执行。同时，执行上述模块所需的数据、程序的代码等可以存储在存储器中。
具体来说，阳极探测器检测模块110、计数缺少检测模块120、计数异常检测模块130、计数成像去除干扰模块140和展示模块150可以用于支持单光子光谱计数成像仪执行下文描述的基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法实施例，和/或用于本文所描述的技术的其他过程，对此不作限定。
因此可以理解，该单光子光谱计数技术成像系统100可以应用于单光子光谱计数成像仪，可以用于执行下文描述的基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法实施例中的各个步骤。需要说明的是，该单光子光谱计数技术成像系统100，其基本原理及产生的技术效果和方法实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参照方法实施例中相应内容。
在一个实施例中，阳极探测器检测模块110可以用于对单光子光谱计数成像仪中的阳极探测器进行控制，以实现对荧光的检测。其中，阳极探测器可以包括光阴极和微通道板（Microchannel Plate，MCP）。该光阴极可以镀在光学输入窗的内表面以构成透射式光，或者镀在第一片MCP输入端口的内侧壁上以构成反射式光阴极。
在一个实施例中，MCP可以是由104~107个相互平行的通道电子倍增器组合而成。每个通道的增益大约在104左右。其中，应用于光子计数模式的MCP通常工作在饱和增益区，工作电压约为1KV/plate左右。
在一个实施例中，展示模块150可以用于控制显示器以对光谱计数曲线进行显示。
下面给出一种基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法的实现方式。请参阅图2，图2示出了本发明实施例提供的一种基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法的流程示意图。该基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法可以应用于上述单光子光谱计数技术成像系统100，由单光子光谱计数技术成像系统100中安装的系统运行，以使得有效减少光谱成像的干扰，提升光谱成像精度。
具体来说，该基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法可以包括以下步骤S210~S250，下面依次进行说明。
S210，利用阳极探测器检测模块110采集包括目标物体信息的目标荧光，并对目标荧光进行检测，以生成与目标物体信息对应的目标光谱计数曲线。
其中，目标光谱计数曲线包括按波长从小到大顺序排列的多个波长节点以及与每个波长节点对应的光子计数率，光子计数率表示在与其对应波长节点检测到的光子计数量与阳极探测器检测模块110检测到的光子计数总量之间的比值。示例的，假设检测到N个波长节点，该N个波长节点依次对应的光子计数量为Z1，Z2，…，ZN，那么第i个波长节点对应的光子计数率为。
其中，目标物体信息包括但不限于生物物体（例如，细胞、组织等）、空气、水质、各种材质的固体等。荧光通常是通过吸收能量后的激发态分子或原子退激时发出的光。因此，目标荧光可以理解为是目标物体信息发射的光信号。
其中，对目标荧光进行检测生成与目标物体信息对应的目标光谱计数曲线的方式为常规的根据荧光生成光谱技术曲线的方式，具体实现原理可以参见下文中的具体示例或者参见相应的成像技术，在此不再赘述。
在一个实施例中，多个波长节点以1nm波长作为计数单位，也即是说1nm计数一个波长节点。
S220，利用计数缺少检测模块120根据多个波长节点和阳极探测器检测模块110的最大波长探测区间确定目标光谱计数曲线的波长节点缺少程度。
其中，阳极探测器检测模块110的最大波长探测区间可以是指单光子光谱计数成像仪中的阳极探测器的最大波长探测区间。
其中，波长节点缺少程度由多个波长节点的数量与最大波长探测区间对应的波长节点总数的比值确定。示例的，波长节点缺少程度=1-多个波长节点的数量/最大波长探测区间对应的波长节点总数。例如，假设多个波长节点以1nm波长作为计数单位并且多个波长节点的数量为100，最大波长探测区间为(10，510)，那么波长节点缺少程度=1-100/（510-10）×100%=80%。
S230，利用计数异常检测模块130根据目标光谱计数曲线进行异常节点检索过程。
其中，异常节点检索过程包括：确定多个波长节点中的异常节点以及将异常节点对应的光子计数率设置为空值。其中，异常节点为多个波长节点中与相邻波长节点之间的光子计数率的差值大于预设阈值的波长节点。
可以理解，异常节点检索过程可以检索出目标光谱计数曲线中的异常节点（也即是光子计数率存在异常变化的波长节点），然后将这些异常节点设置为空值。
该异常节点检索过程的具体实现方式可以参见如下步骤1.1-1.3。
S240，利用计数成像去除干扰模块140根据波长节点缺少程度对目标光谱计数曲线中的异常节点对应的光子计数率进行赋值过程。
其中，赋值过程包括：利用预设的标准光谱计数曲线对异常节点对应的光子计数率进行赋值。换句话说，赋值过程可以利用预设的标准光谱计数曲线对前面确定出的异常节点进行赋值，从而可以使得异常节点对应的光子计数率被调整为正常变化的光子计数率。
该赋值过程的具体实现方式可以参见如下步骤2.1-2.3。
S250，利用展示模块150显示完成赋值过程的目标光谱计数曲线。
示例的，请参照图3，图3示出的是应用本发明提供的方法实施例所确定的光谱计数曲线的示意图。图3中包括两条光谱计数曲线，分别为应用上述方法实施例在不同的应用情况下生成的光谱计数曲线。
其中，该展示过程可以参见相应的利用显示器显示图像的技术，在此不再赘述。
应理解，在上述方法实施例中，异常节点检索过程可以检索出目标光谱计数曲线中的异常节点（也即是光子计数率存在异常变化的波长节点），然后将这些异常节点设置为空值。赋值过程可以利用预设的标准光谱计数曲线对前面确定出的异常节点进行赋值，从而可以使得异常节点对应的光子计数率被调整为正常变化的光子计数率。因此，上述方法实施例可以使得完成赋值过程的目标光谱计数曲线的计数情况更加符合实际情况，减少因设备或人为因素导致的干扰。从而，本方案能够有效减少光谱成像的干扰，提升光谱成像精度。
在可选的实施例中，S230，利用计数异常检测模块130根据目标光谱计数曲线进行异常节点检索过程，可以包括如下步骤1.1-1.3：
步骤1.1，利用计数异常检测模块130根据如下公式确定多个波长节点中的第i个波长节点的计数变化率：
；
其中，xi表示第i个波长节点对应的光子计数率，xi+1表示第i+1个波长节点对应的光子计数率，yi表示第i个波长节点的计数变化率。
步骤1.2，当第i个波长节点满足异常条件时，则将第i个波长节点确定为异常节点，以及将第i个波长节点对应的光子计数率设置为空值；其中，异常条件包括，k表示第i+1个波长节点与第i个波长节点之间的波长差值，a为预设数值。
可以理解，这里的a(k+1)可以用于表示上述的预设阈值，也即是说本方案中的预设阈值可以是一个由k确定的数值。
步骤1.3，当第i个波长节点满足正常条件时，则将第i个波长节点确定为正常节点；其中，正常条件包括yi<a(k+1)。
下面结合示例对上述步骤1.1-1.3进行说明。
例如，a可以设置为1.2%。假设第i个波长节点与第i+1个波长节点之间的波长差值为10（也即是k=10），那么，当时，则将第i个波长节点确定为异常节点，以及将第i个波长节点对应的光子计数率设置为空值；否则，将第i个波长节点确定为正常节点。
在可选的实施例中，S240，利用计数成像去除干扰模块140根据波长节点缺少程度对目标光谱计数曲线中的异常节点对应的光子计数率进行赋值过程，可以包括如下步骤2.1-2.3：
步骤2.1，利用计数成像去除干扰模块140确定目标光谱计数曲线中的至少一个曲线段。
其中，每个曲线段中的波长节点均为异常节点。也即是说，可以将目标光谱计数曲线中的光子计数率连续为空值的线段确定为所述曲线段。
步骤2.2，在波长节点缺少程度大于预设缺少值时，执行如下步骤A1和步骤A2。其中，该预设缺少值例如可以是40%。
步骤A1，对于至少一个曲线段中的第j个曲线段，当第j个曲线段中的异常节点数量大于预设异常数量时，则根据标准光谱计数曲线中与第j个曲线段对应的标准曲线段的光谱计数率对第j个曲线段的光谱计数率进行赋值，以使第j个曲线段中的所有异常节点在赋值后满足正常条件。
其中，该预设异常数量例如可以是8。
步骤A2，当第j个曲线段中的异常节点数量小于预设异常数量时，则采用插值算法对第j个曲线段的光谱计数率进行赋值。
步骤2.3，在波长节点缺少程度小于预设缺少值时，则采用插值算法对至少一个曲线段中的第j个曲线段的光谱计数率进行赋值。
这里的步骤2.1-2.3的进一步说明可以参见下文中的具体示例。
在可选的实施例中，预设缺少值根据阳极探测器检测模块110的系统误差值确定。其中，系统误差值表示：阳极探测器检测模块110在对荧光进行检测的过程中，生成的实时光谱计数曲线与实际光谱计数曲线之间的平均差值。也即是说，阳极探测器检测模块110的系统误差值可以是指单光子光谱计数成像仪中的阳极探测器的系统误差值。
可以理解，如果预设缺少值为固定值，那么随着单光子光谱计数成像仪的老化，其系统误差会越来越大，从而导致在使用过程中精度逐渐下降。为了解决该问题，本方案中通过计算出系统误差值，然后利用系统误差值对预设缺少值进行调整，例如，当系统误差值较大时，则对应调低预设缺少值，以使步骤A1和A2更多的被触发，从而使得最终得到的光谱成像的精度相对于未调整时上升；当系统误差值较小时，则对应调高预设缺少值，以使步骤2.3更多的被触发，从而使得校正后的光谱成像因过矫正而失真。
具体来说，系统误差值可以利用如下步骤3.1-3.8计算：
步骤3.1，利用阳极探测器检测模块110连续N次采集包括预设物体信息的预设荧光，并对每个预设荧光进行检测，以生成与预设物体信息对应的N个预设光谱计数曲线。
其中，每个预设光谱计数曲线包括按波长从小到大顺序排列的多个波长节点以及与每个波长节点对应的光子计数率。其中，光子计数率表示在与其对应波长节点检测到的光子计数量与阳极探测器检测模块110检测到的光子计数总量之间的比值。
其中，预设物体信息可以是指用于标定物体的信息。
在步骤3.1中，每个预设光谱计数曲线的获取原理与上述S210中目标光谱计数曲线的获取原理类似，可以参照上述S210中的相应描述。
步骤3.2，计算每个预设光谱计数曲线对应的波长节点缺少程度。
在步骤3.2中，每个预设光谱计数曲线对应的波长节点缺少程度的计算原理与上述目标光谱计数曲线的波长节点缺少程度类似，可以参照上述S220的相关描述。
步骤3.3，根据波长节点缺少程度在N个预设光谱计数曲线中确定M个预设光谱计数曲线。
其中，M个预设光谱计数曲线中的每个预设光谱计数曲线的波长节点缺少程度均大于第一阈值，并且M个预设光谱计数曲线中的任意一个预设光谱计数曲线与M个预设光谱计数曲线中的至少一个其他预设光谱计数曲线在检测时序上相邻。
也即是说，步骤3.3中可以将N个预设光谱计数曲线中，满足检测时序连续相邻且波长节点缺少程度均大于第一阈值的多个预设光谱计数曲线确定为M个预设光谱计数曲线。
步骤3.4，根据M个预设光谱计数曲线在检测时序上的相邻关系将M个预设光谱计数曲线分为Q个曲线组。
其中，每个曲线组中的所有预设光谱计数曲线在检测时序上连续相邻。可以理解，由于M个预设光谱计数曲线中的每个预设光谱计数曲线的波长节点缺少程度均大于第一阈值，并且M个预设光谱计数曲线中的任意一个预设光谱计数曲线与M个预设光谱计数曲线中的至少一个其他预设光谱计数曲线在检测时序上相邻，因此，Q个曲线组中每个曲线组均是受系统误差显著影响的曲线组。
步骤3.5，根据如下公式计算每个曲线组对应的误差总值：
(v=1,2,…,nv)；
其中，TEVk表示Q个曲线组中的第k个曲线组对应的误差总值，LDv表示第k个曲线组中的第v个预设光谱计数曲线对应的波长节点缺少程度，nv表示第k个曲线组中的预设光谱计数曲线的数量。
步骤3.6，根据如下公式计算每个曲线组对应的系统误差贡献率：
；
其中，SECRk表示第k个曲线组对应的系统误差贡献率。
可以理解，SECRk可以描述第k个曲线组在所有曲线组中对系统误差的贡献率。
步骤3.7，根据如下公式计算Q个曲线组的误差分布情况值：
；
其中，EDSV表示Q个曲线组的误差分布情况值，误差分布情况值表示M个预设光谱计数曲线在N个预设光谱计数曲线中的分布情况。其中可以理解，EDSV越大，曲线组分布越均匀，从而可以反映出阳极探测器的系统误差出现概率越均匀。
步骤3.8，根据如下公式计算系统误差值：
(k=1,2,…,Q)；
其中，SEV表示系统误差值，c1、c2、c3为预设常数并且c1为大于等于1的正数。可选的，c1=1，c2=-8，c3=0.3。可以理解，SEV越大，可以表示系统误差值越大。
在可选的实施例中，预设缺少值与系统误差值成负相关关系。具体来说，预设缺少值根据如下公式计算：
；
其中，Y表示预设缺少值，c4、c5为预设常数。可选的，C4和C5可以设置为1，
在可选的实施例中，还包括如下阳极探测器检测模块110的启动步骤4.1-4.3：
步骤4.1，利用阳极探测器检测模块110获取经分光系统色散好的光谱成像信息。
步骤4.2，根据光谱成像信息获取阳极探测器检测模块110中的MCP的输出面与位敏阳极之间的距离，以及获取MCP的输出面与位敏阳极之间的偏置电压。
其中，阳极探测器检测模块110中的MCP的输出面与位敏阳极之间的距离可以是指：阳极探测器的MCP的输出面至位敏阳极的电感式尺寸传感器的距离。
步骤4.3，执行间距检测和偏压检测中的至少一个检测过程；其中，间距检测包括：当距离超出预设距离范围时，发出第一预警信息；偏压检测包括：当偏置电压超出预设电压范围时，发出第二预警信息。
以下结合具体示例对上述方法实施例做进一步说明：
一，阳极探测器检测模块110可以执行如下功能：
首先，在阳极探测器正常上电时，启动设备光谱成像预检测，以使经分光系统色散好的光谱成像在光阴极上。然后，启动阳极探测器检测模块110并创建线程1，以判断阳极探测器是否正常上电。该判断可以分为以下2种模式：
第一种：间距检测模式（也即是间距检测）
当阳极探测器获取到经分光系统色散好的光谱成像在光阴极上时，阳极探测器光阴极通过外光电效应将光子转换为光电子。然后，光电子经MCP倍增后形成一电子云团。获取MCP的输出面至位敏阳极的电感式尺寸传感器的距离，并保存到RAM存储器01（存储区域，下文类型标记的定义相同）中。通过Wi-Fi模块获取服务器中正常MCP的输出面至位敏阳极的距离（例如，11.2mm），并保存到RAM存储器02中。将RAM存储器02除以存储器01乘以100%，获取到结果并保存到RAM存储器03中。当RAM存储器03为小于52%或大于146%时，则判定阳极探测器MCP的输出面至位敏阳极的间距异常，保存到控制命令为0，判断时间和控制命令保存到MRA存储器04中。此时，暂停阳极探测器。并控制警报系统发出警报3s（可以表示所述第一预警信息）。
当RAM存储器03不为小于52%或大于146%（可以表示所述预设距离范围）时，则判定阳极探测器MCP的输出面至位敏阳极的间距无异常，则控制阳极探测器启动偏置电压将作用电子云团下渡越到位敏阳极。然后利用阳极探测器获取到电子云团在到达位敏阳极时进行收集，以及在位敏阳极收集电子云团完成（产生电荷）时保存控制命令为1，判断时间和控制命令保存到MRA存储器04中。
当位敏阳极没有收集电子云团（无产生电荷）时，保存控制命令为0，判断时间和控制命令保存到MRA存储器04中（工作人员可通过控制面板查看错误）。此时，暂停阳极探测器。并控制警报系统发出警报3s。
第二种：偏压检测模式（也即是偏压检测）
当阳极探测器获取到经分光系统色散好的光谱成像在光阴极上时，阳极探测器光阴极通过外光电效应将光子转换为光电子。然后，光电子经MCP倍增后形成一电子云团。利用阳极探测器启动偏置电压以将作用电子云团下渡越到位敏阳极。然后，利用阳极探测器MCP的输出面至位敏阳极的微型电压互感器以获取MCP的输出面至位敏阳极的偏置电压，并保存到RAM存储器05中。通过Wi-Fi模块获取服务器中正常MCP的输出面至位敏阳极的偏置电压（例如，200v），保存到RAM存储器06中。将RAM存储器06除以存储器05乘以100%，获取到结果并保存到RAM存储器07中。当RAM存储器07为小于50%或大于150%（可以表示所述预设距离范围预设电压范围）时，判定阳极探测器MCP的输出面至位敏阳极的偏置电压异常，保存到控制命令为0，判断时间和控制命令保存到MRA存储器08中。此时，暂停阳极探测器。并控制警报系统发出警报3s（可以表示所述第二预警信息）。
比如：
MCP_ZC(x1)=200v，表示正常MCP的输出面至位敏阳极的偏置电压；
MCP_QZ(x2)=132v，表示获取到的第一次MCP的输出面至位敏阳极的偏置电压；
MCP_QZ(x3)=190v，表示获取到的第二次MCP的输出面至位敏阳极的偏置电压；
MCP_QZ(x4)=187v，表示获取到的第二次MCP的输出面至位敏阳极的偏置电压；
MCP_BL(y1)=84.8%，表示获取到的MCP的输出面至位敏阳极的偏置电压比例。其中，
MCP_BL(y1)=[MCP_QZ(x2)+MCP_QZ(x3)+MCP_QZ(x4)]/MCP_ZC(x1)/3*100%。
具体来说，当RAM存储器03不为小于78%或大于136%时，则判定阳极探测器MCP的输出面至位敏阳极的偏置电压无异常。此时，利用阳极探测器在获取到电子云团到达位敏阳极时进行收集。当阳极探测器获取到位敏阳极收集电子云团完成（产生电荷）时，将判断时间和控制命令保存控制命令为1，并保存到MRA存储器08中。
另外，当阳极探测器获取位敏阳极没有收集电子云团（无产生电荷）时，则保存控制命令为0，将判断时间和控制命令保存到MRA存储器08中（工作人员可通过控制面板查看错误）。并暂停阳极探测器，以及控制警报系统发出警报3s。然后，将RAM存储器08，04保存到RAM的存储器09。
二，计数缺少检测模块120可以执行如下功能：
当RAM存储器09控制命令都为1时，则开启计数缺少检测模块120，并创建线程2，具体操作如下：
通过单光子光谱计数成像仪电子读出电路获取阳极探测器位敏阳极上各个电极或电极单位所收集的电荷量。根据位敏阳极上各个电极或电极单位所收集的电荷量对光子事件进行位置解码。解码完成后进行计数成像，成像数据保存到RAM存储器10。根据RAM存储器10的数据获取波长节点值（x0，x1，x2，x3，…，xn-2，xn-1，xn）。其中，每1nm波长做为计数单位，1nm为计数一个节点，曲线计数图跟进节点值进行绘制。然后将生成的目标光谱计数曲线保存到RAM存储器11。并且，根据RAM存储器11的数据获取为空值节点数量和位置并保存到RAM存储器11中。
通过Wi-Fi模块获取服务器中测试的波长节点总数（例如，n），保存到RAM存储器12中。在运算器中将RAM存储器11波长节点数除以存储器12波长节点数乘以100%，并将获取到结果（也即是目标光谱计数曲线的波长节点缺少程度）保存到RAM存储器13中。其中，根据RAM存储器13数据的大小，可以分为以下3中计数模式。
第一种：高计数缺少模式
当RAM存储器13的值大于等于40%时，判定当前为高计数缺少模式，设置权重为30。将缺少位位置，存在的每个节点值和权重保存到RAM存储器14中。
第二种：中计数缺少模式
当RAM存储器13的值大于等于20%小于40%时，判定当前为中计数缺少模式。设置权重为20，将缺少位位置，存在的每个节点值和权重保存到RAM存储器14中。
第三种：低计数缺少模式
当RAM存储器13获取值小于20%时，判定当前为低计数缺少模式，设置权重为10。将缺少位位置，存在的每个节点值和权重保存到RAM存储器14中。
三，计数异常检测模块130可以执行如下功能：
当存储器14存在数据时，启动计数异常检测模块130。计数异常检测模块130进行创建线程3。输出结果包括2种情况，下面具体说明：
通过单光子光谱计数成像仪电子读出电路获取阳极探测器位敏阳极上各个电极或电极单位所收集的电荷量。根据位敏阳极上各个电极或电极单位所收集的电荷量对光子事件进行位置解码。解码完成后进行计数成像，成像数据保存到RAM存储器15。根据RAM存储器15的数据获取波长节点值（x0，x1，x2，x3，…，xn-2，xn-1，xn）。其中，每1nm波长做为计数单位，1nm为计数一个节点，曲线计数图跟进节点值进行绘制。然后，根据RAM存储器15的数据获取每个相邻的2个节点值进行相减和绝对值运算，以及将运算结果保存到RAM存储器16中。其中，如果有空值则减去下一个存在值的节点。其中，2个不为空值之间的空值节点总数k。
第一种输出结果：计数异常模式
根据RAM存储器16的数据进行异常节点检索过程。例如，计算y1=|x1-x2|，当y1大于等于1.2%（k+1）时，将x1对应的波长节点标注为异常，并将标记异常的波长节点值进行去除并保存为一个空值保存到存储器14中。其中，因为这里是x1和x2，也即是k=0。
第二种输出结果：计数无异常模式
根据RAM存储器16的数据进行异常节点检索过程。例如，计算y1=|x1-x2|，当y1小于1.2%（k+1）时，将x1对应的波长节点标注为正常。
另外，计数异常检测模块130还可以将RAM存储器14中标记正常的波长节点值标记为绿色。其中，当波长节点值存在不为绿色时，计数异常检测模块130重新执行上述过程，直至所有节点都为绿色。当波长节点值都为绿色时，计数缺少检测模块120还可以重新执行波长节点缺少程度的计算过程以更新目标光谱计数曲线的波长节点缺少程度。
四，计数成像去除干扰模块140可以执行如下功能：
当RAM存储器14计数点都为绿色时，启动计数成像去除干扰模块140。计数成像去除干扰模块140创建线程4，可以分为种以下2情况进行赋值以去除干扰：
第一种：高权重去除干扰模式
当RAM存储器14权重被设置为30时，启动高权重去除干扰模式。计数成像去除干扰模块140获取存储器14中k（2个不为空值之间的空值节点总数）大于等于8时，获取k大于等于8的值（例如，x5与x16中间为空值）。然后通过Wi-Fi模块获取服务器中相同测试方向成像表（比如说获取了成像表v1，v2，v3）的波长节点值（例如，x5到x16），并保存到RAM存储器15中。根据RAM存储器15（成像表v1的x4到x15）的数据对存储器14进行补充波长节点值。补充完成后，启动计数异常检测模块130重新判定是否无异常。当仍存在异常时，根据RAM存储器15（成像表v2，v3的x4到x15）对存储器14进行补充。当还存在异常时，则再次获取相同测试方向成像表进行补充直至无异常。计数成像去除干扰模块140获取存储器14中k（2个不为空值之间的空值节点总数）小于8的节点值（这里假设是x18和x23），并保存到RAM存储器16。将RAM存储器16（例如，x18与x23中间为空值）在运算器中进行值相减并且除以k（这里的k为23-18=5）值，并保存到RAM存储器17。根据RAM存储器17中的值对RAM存储器14的位置（x18到x23）进行补充。
第二种：中（低）权重去除干扰模式
当RAM存储器14权重存在而不为30时，计数成像去除干扰模块140启动中（低）权重去除干扰模式。计数成像去除干扰模块140获取存储器14中k（2个不为空值之间的空值节点总数）的节点值（这里假设是x6和x9），并保存到RAM存储器18。获取RAM存储器18（x6，x9）在运算器中进行值相减并且除以k（这里的k为9-6=3）值，并保存到RAM存储器19。根据RAM存储器19对RAM存储器14的位置（x6到x9）进行补充（也即是插值算法）。
插值算法具体示例可以如下：
Bc_qz(x6)=12%，表示波长6号节点光子计数率的值；
Bc_hz(x9)=10%，表示波长9号节点光子计数率的值；
Jd_yz(y)=K=9-6=3，表示缺少因子；
Bc_yz(y1)=-0.66%，Bc_yz(y1)=[Bc_qz(x6)-Bc_hz(x9)]/Jd_yz(y)；Bc_yz(y1)表示补充因子；
Bc_bc（x7）=Bc_qz(x6)+ Bc_yz(y1)=10.66%；表示波长缺少的7号节点赋值后的值；
Bc_bc（x8）=Bc_bc（x7）+Bc_yz(y1)=11.33%；表示波长缺少的8号节点赋值后的值。
在可选的实施例中，在发出上述的第一预警信息或第二预警信息后，本方案中的方法实施例还可以包括如下步骤：调整阳极探测器检测模块110的接收方向与目标荧光的入射方向之间的角度，以使接收方向与入射方向之间的夹角增大预设角度增量；以及，再次执行上述的启动步骤4.1-4.3。
其中，阳极探测器检测模块110的接收方向可以是指单光子光谱计数成像仪中的阳极探测器的探测方向。具体来说，可以调整阳极探测器的指向，一调节其探测方向使得该探测方向与目标荧光的入射方向之间的角度之间的夹角增大预设角度增量（例如3°）。如此一来，可以尽可能排除来自其他方向的光信号的干扰，从而提升光谱成像精度。
基于上述实施例，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法中的各个步骤。
具体地，该存储介质可以为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述实施例中的方法，从而解决现有技术中存在的问题。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法，其特征在于，应用于单光子光谱计数技术成像系统，所述单光子光谱计数技术成像系统包括阳极探测器检测模块、计数缺少检测模块、计数异常检测模块、计数成像去除干扰模块和展示模块；
其中，所述基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法包括如下步骤：
利用所述阳极探测器检测模块采集包括目标物体信息的目标荧光，并对所述目标荧光进行检测，以生成与所述目标物体信息对应的目标光谱计数曲线；其中，所述目标光谱计数曲线包括按波长从小到大顺序排列的多个波长节点以及与每个所述波长节点对应的光子计数率，所述光子计数率表示在与其对应波长节点检测到的光子计数量与所述阳极探测器检测模块检测到的光子计数总量之间的比值；
利用所述计数缺少检测模块根据所述多个波长节点和所述阳极探测器检测模块的最大波长探测区间确定所述目标光谱计数曲线的波长节点缺少程度；其中，所述波长节点缺少程度由所述多个波长节点的数量与所述最大波长探测区间对应的波长节点总数的比值确定；
利用所述计数异常检测模块根据所述目标光谱计数曲线进行异常节点检索过程；其中，所述异常节点检索过程包括：确定所述多个波长节点中的异常节点以及将所述异常节点对应的光子计数率设置为空值，其中，所述异常节点为所述多个波长节点中与相邻波长节点之间的光子计数率的差值大于预设阈值的波长节点；
利用所述计数成像去除干扰模块根据所述波长节点缺少程度对所述目标光谱计数曲线中的所述异常节点对应的光子计数率进行赋值过程；其中，所述赋值过程包括：利用预设的标准光谱计数曲线对所述异常节点对应的光子计数率进行赋值；以及，
利用所述展示模块显示完成所述赋值过程的所述目标光谱计数曲线；
其中，所述利用所述计数异常检测模块根据所述目标光谱计数曲线进行异常节点检索过程，包括如下步骤：
利用所述计数异常检测模块根据如下公式确定所述多个波长节点中的第i个波长节点的计数变化率：
；
其中，Xi表示所述第i个波长节点对应的光子计数率，Xi+1表示第i+1个波长节点对应的光子计数率，yi表示所述第i个波长节点的计数变化率；
当所述第i个波长节点满足异常条件时，则将所述第i个波长节点确定为异常节点，以及将所述第i个波长节点对应的光子计数率设置为空值；其中，所述异常条件包括，k表示所述第i+1个波长节点与所述第i个波长节点之间的波长差值，a为预设数值；以及，
当所述第i个波长节点满足正常条件时，则将所述第i个波长节点确定为正常节点；其中，所述正常条件包括；
所述利用所述计数成像去除干扰模块根据所述波长节点缺少程度对所述目标光谱计数曲线中的所述异常节点对应的光子计数率进行赋值过程，包括如下步骤：
利用所述计数成像去除干扰模块确定所述目标光谱计数曲线中的至少一个曲线段；其中，每个所述曲线段中的波长节点均为所述异常节点；
在所述波长节点缺少程度大于预设缺少值时，执行如下步骤1和步骤2；
步骤1，对于所述至少一个曲线段中的第j个曲线段，当所述第j个曲线段中的异常节点数量大于预设异常数量时，则根据所述标准光谱计数曲线中与所述第j个曲线段对应的标准曲线段的光谱计数率对所述第j个曲线段的光谱计数率进行赋值，以使所述第j个曲线段中的所有异常节点在赋值后满足所述正常条件；
步骤2，当所述第j个曲线段中的异常节点数量小于所述预设异常数量时，则采用插值算法对所述第j个曲线段的光谱计数率进行赋值；
在所述波长节点缺少程度小于所述预设缺少值时，则采用插值算法对所述至少一个曲线段中的第j个曲线段的光谱计数率进行赋值。
2.根据权利要求1所述的基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法，其特征在于，所述预设缺少值根据所述阳极探测器检测模块的系统误差值确定；其中，所述系统误差值表示：所述阳极探测器检测模块在对荧光进行检测的过程中，生成的实时光谱计数曲线与实际光谱计数曲线之间的平均差值。
3.根据权利要求2所述的基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法，其特征在于，所述系统误差值利用如下步骤计算：
利用所述阳极探测器检测模块连续N次采集包括预设物体信息的预设荧光，并对每个所述预设荧光进行检测，以生成与所述预设物体信息对应的N个预设光谱计数曲线；其中，每个所述预设光谱计数曲线包括按波长从小到大顺序排列的多个波长节点以及与每个所述波长节点对应的光子计数率；
计算每个所述预设光谱计数曲线对应的波长节点缺少程度；
根据所述波长节点缺少程度在所述N个预设光谱计数曲线中确定M个预设光谱计数曲线；其中，所述M个预设光谱计数曲线中的每个所述预设光谱计数曲线的波长节点缺少程度均大于第一阈值，并且所述M个预设光谱计数曲线中的任意一个预设光谱计数曲线与所述M个预设光谱计数曲线中的至少一个其他预设光谱计数曲线在检测时序上相邻；
根据所述M个预设光谱计数曲线在检测时序上的相邻关系将所述M个预设光谱计数曲线分为Q个曲线组；其中，每个所述曲线组中的所有预设光谱计数曲线在检测时序上连续相邻；
根据如下公式计算每个所述曲线组对应的误差总值：
；
其中，TEVk表示所述Q个曲线组中的第k个曲线组对应的误差总值，LDv表示所述第k个曲线组中的第v个预设光谱计数曲线对应的波长节点缺少程度，nv表示所述第k个曲线组中的预设光谱计数曲线的数量；
根据如下公式计算每个所述曲线组对应的系统误差贡献率：
；
其中，SECRk表示所述第k个曲线组对应的系统误差贡献率；
根据如下公式计算所述Q个曲线组的误差分布情况值：
；
其中，EDSV表示所述Q个曲线组的误差分布情况值，所述误差分布情况值表示所述M个预设光谱计数曲线在所述N个预设光谱计数曲线中的分布情况；以及，
根据如下公式计算所述系统误差值：
；
其中，SEV表示所述系统误差值，c1、c2、c3为预设常数并且c1为大于等于1的正数。
4.根据权利要求3所述的基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法，其特征在于，所述预设缺少值与所述系统误差值成负相关关系。
5.根据权利要求4所述的基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法，其特征在于，所述预设缺少值根据如下公式计算：
；其中，Y表示所述预设缺少值，c4、c5为预设常数。
6.根据权利要求1所述的基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法，其特征在于，还包括如下所述阳极探测器检测模块的启动步骤：
利用所述阳极探测器检测模块获取经分光系统色散好的光谱成像信息；
根据所述光谱成像信息获取所述阳极探测器检测模块中的微通道板MCP的输出面与位敏阳极之间的距离，以及获取所述MCP的输出面与所述位敏阳极之间的偏置电压；以及，
执行间距检测和偏压检测中的至少一个检测过程；其中，所述间距检测包括：当所述距离超出预设距离范围时，发出第一预警信息；所述偏压检测包括：当所述偏置电压超出预设电压范围时，发出第二预警信息。
7.根据权利要求6所述的基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法，其特征在于，在发出所述第一预警信息或所述第二预警信息后，所述方法还包括如下步骤：
调整所述阳极探测器检测模块的接收方向与所述目标荧光的入射方向之间的角度，以使所述接收方向与所述入射方向之间的夹角增大预设角度增量；
再次执行所述启动步骤。
8.一种单光子光谱计数技术成像系统，其特征在于，包括阳极探测器检测模块、计数缺少检测模块、计数异常检测模块、计数成像去除干扰模块和展示模块；其中，
所述单光子光谱计数技术成像系统在运行时用于执行如权利要求1-7任一项所述的基于单光子光谱计数技术成像去除干扰的方法。
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