[發(fā)明專利]一種快速成像的掃描采樣和圖像處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310135808.6
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103179331B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 駱清銘;曾紹群;龔輝;鄭廷;楊濤
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;H04N5/232;H04N5/243
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所11302
• 代理人: 周發(fā)軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光掃描技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及使用科研級CMOS、即sCMOS進行快速成像的掃描采樣和圖像處理方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)和科技的發(fā)展，對于快速成像的需求愈加強烈，尤其是對于大體積或者大面積的物體成像。例如在生物學(xué)研究中，了解生物組織器官的結(jié)構(gòu)對于掌握其功能有著很大的促進作用，并對于各種功能疾病的診斷提供強有力的科學(xué)根據(jù)。但是由于組織器官（例如大腦）尺寸較大，成像范圍有限，需要多次區(qū)域成像才能獲取到完整的一個平面的組織結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；同時因為生物體具有特異性，需要對大量樣本進行成像研究來得到統(tǒng)計性的結(jié)果，所以在對生物大樣本進行結(jié)構(gòu)成像時，需要提高數(shù)據(jù)獲取通量，縮短成像時間。

傳統(tǒng)點掃描成像技術(shù)是通過控制掃描器件偏轉(zhuǎn)，在物體上進行逐點掃描，串行的獲取數(shù)據(jù)，成像速度較慢；傳統(tǒng)線掃描成像是控制掃描器件在樣本表面進行線掃描，在對大樣本進行成像時，掃描完一個小區(qū)域后移動樣本或者移動掃描探測裝置對下一個區(qū)域掃描，圖像處理時對多個小區(qū)域的成像拼接成整個樣本的圖，對圖像配準要求較高。而控制物體連續(xù)移動，使用線探測器對物體進行成像，可一次性的獲取一個條帶的物體信息，只需要次數(shù)不多的圖像配準拼接就可以得到完整的物體圖像，成像速度較快。

但在提高成像速度，縮短成像時間的基礎(chǔ)上，如何得到較好的圖像質(zhì)量是一個關(guān)鍵問題。尤其很多情況下，需要利用熒光標記技術(shù)對感興趣的功能結(jié)構(gòu)進行特異性的標記，以便將觀察研究的目標與其他結(jié)構(gòu)區(qū)別開來。而熒光成像屬于弱光成像，想要得到較為好的圖像對比度和信噪比，首先在探測器的選擇方面是需要有所考慮的，高靈敏度、高量子效率和低讀出噪聲的探測器是首要選擇。科研級CMOS（sCMOS）是近兩年來基于傳統(tǒng)CMOS成像器件上發(fā)展出來的新一代的探測成像器件。其繼承了傳統(tǒng)CMOS高速、低功耗等優(yōu)點，并同時克服了芯片高暗電流、高讀出噪聲、低填充因數(shù)和一致性差等缺點，具有高分辨率、高量子效率、高速全幀幅以及低噪聲、動態(tài)范圍大等特點，尤其適合微弱信號探測。目前所有的主流成像器件（CCD、CMOS、EMCCD等）由于芯片技術(shù)的限制，都不能同時滿足上述sCMOS的技術(shù)特點，所以在弱光成像技術(shù)領(lǐng)域中，采用sCMOS代替其他探測器件將會成為技術(shù)發(fā)展的一種趨勢。

尤其是當sCMOS相機工作在subarray（或感興趣區(qū)域采樣ROI）模式時，sCMOS相機只是啟用sCMOS陣列中的某幾行進行曝光成像，這種模式下，sCMOS相機的讀出速度快，即掃描速度快。因此，這種模式適合于大樣本快速運動掃描采樣成像。在這種應(yīng)用情形下，采用subarray（或ROI）模式，對同步移動樣品進行N行一幀的掃描，然后將若干幅sCMOS陣列掃描采樣幀直接按照掃描時間順序逐一拼接后，生成整個樣品圖像。但是，由于掃描成像速度快，曝光時間短，在相同的光功率下，僅僅采用sCMOS相機的subarray（或ROI）工作模式進行采樣成像，得到的整個樣品圖像信號強度弱、對比度低。同時采樣幀包括的像素行數(shù)N值越大，采樣分辨率越低，導(dǎo)致圖像細節(jié)畸變越嚴重。

因此，需要探索新的成像和處理方法，實現(xiàn)對于物體諸如微弱熒光大樣品的快速成像，以便同時獲得高分辨率和高信噪比的圖像。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種快速成像的掃描采樣和圖像處理方法，以獲得高分辨率和高信噪比的圖像。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種快速成像的掃描采樣和圖像處理方法，涉及圖像處理裝置，其特征在于，采用sCMOS相機作為成像工具，使sCMOS相機工作于subarray或ROI模式，包括以下步驟：

步驟一、開啟所述sCMOS相機；

步驟二、控制成像物體在垂直于sCMOS相機采樣方向上連續(xù)平移，樣品的平移速度為每個采樣周期平移n行像素對應(yīng)的寬度，n為整數(shù)，且1≤n＜N，N為subarray或ROI模式下sCMOS相機的單個采樣幀的像素行數(shù)；

步驟三、所述sCMOS相機向所述圖像處理裝置輸出采樣幀，所述圖像處理裝置順序存儲每個采樣幀；

步驟四、完成成像物體目標區(qū)域掃描后，將所有采樣幀按采樣順序，以所述n行像素的寬度值為步進值，逐一移位疊加處理，即得到高分辨率、高信噪比圖像。

最優(yōu)選的，所述n等于1。此種情形下，相當于sCMOS相機的下一采樣幀相對上一采樣幀的位移為一行像素的寬度距離。