[發明專利]一種深度可分辨熒光成像系統

有效

• 申請號: 202010887680.9
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112129734B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 陳碩;汪威;俎明明;路交
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G02B27/09
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發明提供了一種深度可分辨熒光成像系統，屬于光學領域。該系統包括深度可分辨熒光成像模塊和數據后處理模塊。其中，深度可分辨熒光成像模塊利用軸錐透鏡將激發光沿深度方向分布，可一次性激發位于不同深度的熒光團的熒光信號，源自不同深度的熒光信號再次通過軸錐透鏡并成像到彩色相機上；數據后處理模塊基于熒光圖像上不同像素點的RGB值及其所在位置，計算熒光團所在的深度。不同于傳統的熒光成像方法，本發明所述的深度可分辨熒光成像系統可一次性獲得樣本不同深度的熒光信息及熒光團所在的深度信息，且對于不同深度具有較高的特異性，對于測量樣本內部的熒光團的深度分布情況具有重要的應用價值。

技術領域

本發明屬于光學領域，具體涉及一種深度可分辨熒光成像系統。

背景技術

熒光成像指通過激發光源激發熒光團后，對熒光團產生的熒光信號進行成像。熒光成像技術由于具有操作簡單、靈敏度高、分辨率好和結果直觀等特點，已廣泛應用于生命科學、醫學、材料科學等領域。熒光成像系統通常使用透鏡或透鏡組將激光匯聚成錐形結構并匯聚在指定深度激發熒光信號，但該錐形結構會使得部分激光作用在樣本的淺層，進而激發淺層樣本的熒光信號，導致所采集的熒光信號不具有很好的深度選擇性。另外，為了對樣本不同深度的熒光信號進行成像通常需要移動被測樣本或透鏡，無法一次性獲取不同深度的熒光信息及熒光團所在深度信息，因此在很多實際應用中受到限制。

為此，一種簡單快速、深度可分辨、可一次性采集不同深度熒光信號的熒光成像系統及方法具有重要的應用價值。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于設計一種深度可分辨熒光成像系統。該方法通過使用激光器作為激發光源，利用軸錐透鏡與彩色CCD相機相結合獲得不同深度的熒光信號，并使用熒光圖像后處理算法獲取樣本不同熒光團的深度信息。該發明是一種非接觸的探測方式，對于不同深度具有較高的選擇性，并且可一次性獲得樣本不同深度的熒光信號。為了實現上述目標，本發明具體技術方案如下：

一種深度可分辨熒光成像系統，包括深度可分辨熒光成像模塊和數據后處理模塊；其中，深度可分辨熒光成像模塊利用軸錐透鏡將激發光沿深度方向聚焦，可一次性激發位于不同深度的熒光團的熒光信號，源自不同深度的熒光信號再次通過軸錐透鏡并成像到彩色相機上；數據后處理模塊基于熒光圖像上不同像素點的RGB值及其所在位置，計算熒光團所在的深度。

所述的深度可分辨熒光成像模塊包括激光器、擴束器、二向色鏡、軸錐透鏡、長波通濾光鏡、透鏡、光闌、透鏡、彩色CCD相機；激光器發出的激光經擴束器擴束后，利用二向色鏡反射并由軸錐透鏡將光束匯聚于樣本的不同深度；與軸錐透鏡光軸的距離為r的激發光所聚焦在樣本中的深度L通過公式(1)計算獲得，

其中，θ為軸錐透鏡的錐角，n為軸錐透鏡材料的折射率；離軸錐透鏡光軸越近的激發光所匯聚的深度越淺，離軸錐透鏡光軸越遠的激發光所匯聚的深度越深。源自樣本中不同深度的熒光信號經軸錐透鏡變成平行光束，依次通過透鏡A、光闌和透鏡B組成的光路，并利用光闌形成的針孔濾除雜散的熒光信號，最終成像到彩色CCD相機上；

所述的數據后處理模塊，用于分析并處理由彩色CCD相機所采集的熒光圖像，利用熒光圖像上不同像素點的RGB值及其所在位置，計算熒光團所在的深度。

進一步地，在所述的數據后處理模塊中，計算熒光團所在的深度的具體步驟如下：

步驟1)利用公式(2)對所采集的熒光圖像上各像素點的R、G、B值做均一化處理，進而避免由于不同深度所導致的熒光強度變化的問題，

其中分別為熒光圖像上各像素點的R、G、B值均一化后的結果。基于上述均一化后的結果，利用閾值法篩選出屬于待測目標的有效像素點，即采集到源自熒光團的熒光信號的像素點。