[發(fā)明專利]基于積分采樣的激光掃描共焦顯微鏡成像數(shù)據(jù)處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410475362.6
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104219463B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃維;張運(yùn)海
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所
• 主分類號: H04N5/341
• 分類號: H04N5/341;H04N5/353;H04N5/357;G02B21/36
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11369
• 代理人: 史霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光掃描共焦顯微鏡成像數(shù)據(jù)處理方法，具體涉及基于積分采樣的激光掃描共焦顯微鏡成像數(shù)據(jù)采集與處理方法。

背景技術(shù)

激光掃描共焦顯微鏡(Laser Scanning Confocal Mi croscopy，LSCM)是研究亞微米細(xì)微結(jié)構(gòu)的有效技術(shù)手段。它是國內(nèi)外從事生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)研究的科技工作者必備的大型科研儀器。

在LSCM系統(tǒng)中，掃描振鏡反射出掃描光斑，通過X-Y掃描機(jī)構(gòu)驅(qū)動掃描光斑運(yùn)動并遍歷樣本上的成像區(qū)域，從樣本返回的熒光信號通過光路后到達(dá)光電倍增管(Photomultiplier Tube，PMT)，PMT的輸出為在掃描時(shí)間內(nèi)的連續(xù)模擬電壓信號。若待成像物體反射回的是極弱光信號，PMT輸出信號呈現(xiàn)脈沖信號輸出特性；若待成像物體反射回的是微弱光信號，PMT輸出信號呈現(xiàn)出脈沖信號和直流信號疊加的輸出特性。由于PMT在弱光下的輸出隨機(jī)分布特性，如果直接對這個(gè)信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并由此重建圖像，則一個(gè)恒定光強(qiáng)的樣本采樣也會得到一個(gè)像素點(diǎn)隨機(jī)明暗強(qiáng)烈變化的圖像。一般地，PMT輸出信號含有高頻噪聲分量，輸出圖像質(zhì)量較差。

對于LSCM系統(tǒng)，改善圖像質(zhì)量的傳統(tǒng)方式是過采樣的方法，即對PMT輸出的同一個(gè)像素點(diǎn)信號進(jìn)行多次采樣，然后取平均來獲得一個(gè)像素點(diǎn)信號的數(shù)據(jù)。這種方法能在一定程度上提高信噪比，但是對提高圖像的信噪比作用有限，且要求有數(shù)十倍或數(shù)百倍正常采樣率的AD轉(zhuǎn)換模塊，以及需要配套合適的寬帶放大電路，增加了成本；而且對于PMT的寬帶輸出，該方法不可能對輸出信號進(jìn)行完全采集。

此外，由于在現(xiàn)有技術(shù)中，PMT將掃描到的像素點(diǎn)信號數(shù)據(jù)放大后，首先對掃描第一像素得到的信號數(shù)據(jù)和掃描時(shí)間t進(jìn)行積分，采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀出積分值，即第一像素亮度值，掃描完第一個(gè)點(diǎn)，對積分器清零；因此在掃描 第二個(gè)點(diǎn)的時(shí)候，積分器的電容上重新加載的是第二個(gè)像素產(chǎn)生的電壓信號，積分時(shí)間是從t到2t，因此，是用第二個(gè)像素的電壓信號與時(shí)間間隔t進(jìn)行積分，才能得到第二個(gè)像素的亮度值，掃描完第二個(gè)點(diǎn)，對積分器清零；依此，在掃描第n個(gè)點(diǎn)的時(shí)候，是用第n個(gè)像素的電壓信號與時(shí)間間隔t進(jìn)行積分，得到第n個(gè)像素的亮度值，掃描完第n個(gè)點(diǎn)，對積分器清零。對像素駐留時(shí)間內(nèi)PMT輸出信號進(jìn)行模擬積分后采樣的的方式，每掃描一個(gè)點(diǎn)，就要對積分器清零，即在一個(gè)像素時(shí)間內(nèi)涉及對積分器充電、采樣、和放電，雖然對圖像信噪比增強(qiáng)作用較強(qiáng)，但是受其機(jī)構(gòu)中開關(guān)裝置的工作頻率和運(yùn)放的電壓變化率等參數(shù)的限制，其最終的工作頻率也受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于積分采樣的激光掃描共焦顯微鏡成像檢測方法，旨在減小控制開關(guān)的數(shù)字信號對采樣電壓的電磁干擾，提高采樣的工作頻率，同時(shí)提高采樣電壓輸出值，降低模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，提高用于點(diǎn)成像信號的信噪比，增強(qiáng)最終的成像質(zhì)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于積分采樣的激光掃描共焦顯微鏡成像數(shù)據(jù)處理方法，其中，包括以下步驟：

步驟1)用激光掃描共焦顯微鏡中的光電倍增管逐像素采集待成像樣本的信號數(shù)據(jù)；

步驟2)所述光電倍增管將掃描得到的各像素的信號數(shù)據(jù)放大后，通過積分器進(jìn)行積分，其中首先對掃描至第一像素得到的信號數(shù)據(jù)和掃描時(shí)間進(jìn)行積分，然后對掃描至第二像素得到的信號數(shù)據(jù)和掃描時(shí)間進(jìn)行積分，直到對掃描至第N像素得到的信號數(shù)據(jù)和掃描時(shí)間進(jìn)行積分，N大于等于1；

步驟3)將掃描至第一像素的積分作為第一像素的亮度值，而將掃描至第二像素的積分與掃描至第一像素的積分的差值作為第二像素的亮度值，依次計(jì)算相鄰兩次積分的差值，直到得到第N像素的亮度值。

優(yōu)選的是，所述的基于積分采樣的激光掃描共焦顯微鏡成像數(shù)據(jù)處理方法，其中，

在所述步驟2)之后，還包括用模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀取積分器得到的積分值；

在所述步驟3)中，以模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀取到的積分值作為第一像素的亮度值，以及計(jì)算差值的基礎(chǔ)。

優(yōu)選的是，所述的基于積分采樣的激光掃描共焦顯微鏡成像數(shù)據(jù)處理方法，其中，所述積分值為電壓值。

優(yōu)選的是，所述的基于積分采樣的激光掃描共焦顯微鏡成像數(shù)據(jù)處理方法，其中，

在所述步驟1)中還包括將待成像樣本中的像素以行為單位分成若干組；

所述N等于一行中的像素?cái)?shù)；

所述光電倍增管分組進(jìn)行掃描；