[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于空間編碼光的拉曼成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811262327.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109557070B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳雪利;王楠;詹勇華;梁繼民;曾琦;陳多芳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/65
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/65
• 代理公司: 西安長(zhǎng)和專(zhuān)利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種基于空間編碼光的拉曼成像系統(tǒng)，其特征在于，所述基于空間編碼光的拉曼成像系統(tǒng)包括：

光源模塊，用于提供高質(zhì)量、低噪聲、穩(wěn)定的均勻平面照射光源；

空間編碼模塊，用于采用空間編碼器對(duì)平面照射光源不同位置處的光強(qiáng)度進(jìn)行不同的頻率調(diào)制；

樣本控制模塊，用于六個(gè)自由度控制樣本處于成像的最佳位置；

信號(hào)收集模塊，用于收集樣本受激后產(chǎn)生的拉曼散射光信號(hào)；

控制與計(jì)算模塊，用于對(duì)光源模塊、空間編碼模塊、樣本控制模塊、信號(hào)收集模塊的控制，以及用于采用基于空間編碼光的成像方法對(duì)樣本拉曼信號(hào)空間分布進(jìn)行圖像恢復(fù)；

所述光源模塊包括連續(xù)波激光器、光束質(zhì)量?jī)?yōu)化與均勻平面照射光源產(chǎn)生子模塊；

空間編碼模塊包括空間光調(diào)制器；用于對(duì)光源模塊出射的均勻平面照射光源進(jìn)行光強(qiáng)度的頻率調(diào)制，確保樣本不同照射位置的光束強(qiáng)度具有不同的調(diào)制頻率，使得樣本每一點(diǎn)被激發(fā)的拉曼散射光攜有不同的調(diào)制頻率；

樣本控制模塊包括樣品承載臺(tái)、樣品三維平移臺(tái)；用于固定樣本并調(diào)整樣本位置，處于成像視野最佳位置；

信號(hào)收集模塊包括陷波濾光片、大數(shù)值孔徑收集透鏡、波長(zhǎng)可調(diào)濾波器、高靈敏度單點(diǎn)光信號(hào)探測(cè)器；樣本被激發(fā)后發(fā)射的拉曼散射光先通過(guò)陷波濾光片濾除瑞利散射光，再經(jīng)大數(shù)值孔徑收集透鏡收集，經(jīng)波長(zhǎng)可調(diào)濾波器選定波長(zhǎng)后，被高靈敏度單點(diǎn)光信號(hào)探測(cè)器接收，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，傳輸至控制與計(jì)算模塊進(jìn)行存儲(chǔ)和后續(xù)處理；

控制與計(jì)算模塊包括計(jì)算機(jī)控制單元和計(jì)算機(jī)處理單元；計(jì)算機(jī)控制單元包括圖像采集卡，與高靈敏度單點(diǎn)光信號(hào)探測(cè)器和空間編碼模塊相連；控制接口，與光源模塊和波長(zhǎng)可調(diào)濾波器相連；

計(jì)算機(jī)處理單元包括基于空間編碼光的成像方法，用于設(shè)計(jì)空間編碼器的編碼模式，用于利用采集的時(shí)間序列拉曼散射光信號(hào)進(jìn)行樣本拉曼信號(hào)的圖像恢復(fù)。

2.一種運(yùn)行權(quán)利要求1所述基于空間編碼光的拉曼成像系統(tǒng)的基于空間編碼光的拉曼成像方法，其特征在于，所述基于空間編碼光的拉曼成像方法包括以下步驟：

步驟一，連續(xù)波激光器經(jīng)光源模塊后輸出均勻平面照射光源，并傳輸?shù)娇臻g編碼器；

步驟二，設(shè)計(jì)空間編碼器的編碼模式，使得空間編碼器每個(gè)像元通過(guò)的光具有不同的強(qiáng)度調(diào)制頻率；

步驟三，利用信號(hào)收集模塊采集時(shí)間序列拉曼散射信號(hào)，并傳遞到控制與計(jì)算模塊進(jìn)行存儲(chǔ)和后續(xù)處理；

步驟四，利用空間編碼的物理過(guò)程，建立空間編碼的數(shù)學(xué)模型，并構(gòu)造空間編碼矩陣，建立采集的時(shí)間序列拉曼散射信號(hào)與待恢復(fù)樣本拉曼信號(hào)二維圖像之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式；

步驟五，基于稀疏正則化策略建立目標(biāo)函數(shù)，采用合適的優(yōu)化方法對(duì)樣本拉曼圖像進(jìn)行恢復(fù)。

3.如權(quán)利要求2所述的基于空間編碼光的拉曼成像方法，其特征在于，所述步驟二具體包括：

(1)由單點(diǎn)采集時(shí)間t確定最高調(diào)制頻率f_max，

(2)由待恢復(fù)圖像像素個(gè)數(shù)N確定時(shí)間序列采集點(diǎn)數(shù)n，

(3)由時(shí)間序列采集點(diǎn)數(shù)n確定最低調(diào)制頻率f_min，

(4)由最高調(diào)制頻率f_max、最低調(diào)制頻率f_min和待恢復(fù)圖像像素個(gè)數(shù)N，確定調(diào)制頻率分辨率以及每個(gè)像元的調(diào)制頻率。

4.如權(quán)利要求2所述的基于空間編碼光的拉曼成像方法，其特征在于，所述步驟四具體包括：利用空間編碼的物理過(guò)程，建立空間編碼的數(shù)學(xué)模型，并構(gòu)造空間編碼矩陣W，建立采集的時(shí)間序列拉曼散射信號(hào)R與待恢復(fù)樣本拉曼信號(hào)二維圖像X之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式：

R＝WX。