双门控相关荧光成像装置及成像方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双门控相关荧光成像装置及成像方法，该装置包括：窄脉冲纳秒或皮秒激光器、整形镜头、样品台、紫外截止滤光片、纳秒量级选通像增强电荷耦合器件，计算机和时序控制单元。本发明专利技术成像方法通过百皮秒级在线编码时序控制技术，实现了动态时间扫描，从而利用目标与背景间的荧光寿命差异，获取不同延时下的两幅荧光时间分辨图像；进而利用图像增强相关算法反演荧光相对寿命图像，增强了目标荧光图像对比度，达到目标内容的提取目的。将获得的荧光相对寿命图与荧光时间分辨图像相融合，获得增强后的彩色RGB荧光相对寿命图，解决了目标‑背景荧光干扰问题。

【技术实现步骤摘要】
双门控相关荧光成像装置及成像方法
本专利技术属于光学元件、系统或仪器带有荧光标记的领域，尤其涉及一种双门控相关荧光成像装置及成像方法。
技术介绍
目标荧光和背景荧光相互干扰是荧光物质痕量成像检验的难点问题。在痕量检验中，目标和背景是相对的，如文件检验中，荧光物质相对于纸张等载体可以互为相对目标，但是纸张中因为含有荧光剂，其产生的荧光强度会干扰荧光物质成像。传统荧光成像检验技术主要是测量荧光强度，存在易受激发光强度、荧光团浓度、光漂白等影响而不利于痕量物质检测的问题，尤其对于目标和背景都具有荧光的情况是无法判读目标内容的。荧光时间分辨率成像理论上可利用目标和背景的荧光寿命差异提取并判读内容，2004年新加坡南洋理工大学的Seah等人使用荧光时间分辨技术提取了交叠的指纹；2006年日本第二法医科学中心在研究油墨，汽油和柴油等油渍荧光寿命时发现，其荧光寿命长于背景材料，当通过门控控制延迟时间长于10ns时，可以看到较为清晰的背景；2016年，日本首都警察局刑侦实验室，利用不同笔色料间的荧光寿命特性差异，将时间分辨荧光寿命成像技术成功应用于涂抹文件的检验。但是，荧光时间分辨成像是在一定延时下开启选通门获取某时刻下纳秒甚至皮秒曝光时间下的荧光图像，本质上仍是强度图像，对于目标荧光和背景荧光互为干扰下依然难以提取目标判读内容。另外在荧光物质痕量成像检验时，因为荧光物质含量较低，其荧光光强非常弱，仅通过肉眼去通过荧光时间分辨强度图像去区分目标物是困难的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对上述现有问题，本专利技术的主要目的是提供一种双门控相关荧光成像装置及成像方法，通过融合时间分辨成像和荧光寿命成像，提出了基于两幅荧光时间分辨图像，利用图像增强相关算法获得荧光相对寿命图像，增强目标荧光图像，达到目标内容的提取目的。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术提供了一种双门控相关荧光成像装置，该装置包括：一激光器，射出脉冲激光；一整形镜头，用于对脉冲激光扩束整形；一样品台，用于放置样品，配置为射入括束整形的脉冲激光，该括束整形的脉冲激光非垂直入射该样品；一滤光片和成像镜头，滤光片位于成像镜头前端，该成像镜头和滤光片设置于样品垂直出射方向上，完成对样品图像的初步采集；一像增强电荷耦合器件，设置于成像镜头后端，实现对初步采集的样品图像的荧光强度处理；一计算机，该计算机的输入端与像增强电荷耦合器件的输出端相连，用于对上述荧光强度处理的样品图像做进一步计算；一时序控制单元，与激光器和像增强电荷耦合器件相连，用于实现同步控制。进一步的，激光器为纳秒或皮秒激光器，脉宽在皮秒量级。进一步的，滤光片为紫外截止滤光片。进一步的，滤光片的截止波长大于激光器探头的波长。进一步的，成像镜头根据待检测目标痕迹的大小选择不同焦距的镜头。进一步的，像增强电荷耦合器件为纳米量级选通像增强电荷耦合器件，还实现纳米量级精确门控开关与皮秒级延时控制。基于上述装置，本专利技术还提供了一种双门控相关荧光成像装置的成像方法，包括以下步骤：系统开机；使激光器对准目标荧光物，通过计算机设置门宽参数和系统参数；通过时序控制器动态时间扫描，从而利用目标与背景间的荧光寿命差异，获得不同延时下的两幅荧光时间分辨图；进一步的，包括：基于FPGA的编码时序控制器，通过差相位移相相或的方法实现百皮秒级延时编码同步控制，用于产生所需的工作时序；通过使用百皮秒级在线编码时序控制技术，包括选通门宽的动态编码控制、激发激光与选通门间延时的动态调节，实现动态时间扫描。通过图像增强相关算法获得荧光相对寿命图；进一步的，包括：图像增强相关算法结合经典荧光衰减模型建立双门控相关成像的理论模型，进行目标荧光和背景荧光不同时域参数下目标-背景荧光比分析，建立双门控优化时序算法，获取荧光相对寿命图像。将获得的荧光相对寿命图与荧光时间分辨图像用不同的颜色表示，将两幅图相融合，获得增强后的彩色RGB荧光相对寿命图像。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：(1)通过使用百皮秒级在线编码时序控制技术，实现了动态时间扫描，从而利用目标与背景间的荧光寿命差异，获得不同延时下的两幅荧光时间分辨图像；(2)通过不同延时下的两幅荧光时间分辨图像，并利用图像强度相关计算获得荧光相对寿命图像，增强了目标荧光图像对比度，达到目标内容的提取目的；(3)将获得的荧光相对寿命图与荧光时间分辨图像相融合，获得增强后的彩色RGB荧光相对寿命图，解决了目标荧光和背景荧光的干扰问题。附图说明图1是本专利技术实施例提供的双门控相关荧光成像装置系统框图；图2是本专利技术实施例提供的双门控相关荧光成像算法示例；图3是基于本专利技术双门控相关荧光成像装置的成像方法流程图；图4是使用传统专利技术获得的荧光时间分辨图；图5是本专利技术实施例获得的荧光相对寿命图。图中：窄脉冲纳秒或皮秒激光器1整形镜头2样品台3紫外截止滤光片4成像镜头5纳秒量级选通像增强电荷耦合器件6计算机7时序控制单元8具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是：在此公开本专利技术结构实施例和方法的描述。可以了解的是并不意图将本专利技术限制在特定公开的实施例中，而是本专利技术可以通过使用其它特征，元件方法和实施例来加以实施。不同实施例中的相似元件通常会标示相似的号码。实施例如下请参阅图1所示，本专利技术一实施例提供了一种双门控相关荧光成像装置，包括：一激光器1，射出脉冲激光；进一步的，激光器为纳秒或皮秒激光器，脉宽在皮秒量级。一些实施例中，该激光器1为窄纳秒或皮秒激光器，脉宽在皮秒量级，该激光器的波长选用266nm-532nm的激光探头。根据目标材料(纸类和痕迹)选用不同的激光波长进行匹配。一整形镜头2，用于对脉冲激光扩束整形；一些实施例中，该整形镜头2是将激光器1发出的光斑进行扩束整形，根据检测纸张上文字的大小，使光斑成为可以照射1个或多个数量的文字。一样品台3，用于放置样品，配置为射入括束整形的脉冲激光，该括束整形的脉冲激光非垂直入射该样品；一滤光片4和成像镜头5，滤光片位于成像镜头前端，该成像镜头和滤光片设置为设置于样品垂直出射方向上，完成对样品图像的初步采集；进一步的，滤光片为紫外截止滤光片。进一步的，滤光片的截止波长大于激光器探头的波长。一些实施例中，该滤光片4位于成像探测器镜头的前端，该滤光片使用的是紫外波段的截止滤光片，截止滤光片的截止波长大于激光器探头的波长，即大于截止滤光片截止波长的光可见，小于截止滤光片截止波长的光不可见。进一步的，成像镜头根据待检测目标痕迹的大小选择不同焦距的镜头。一些实施例中，成像镜头5根据检测纸张上文字的大小选用不同焦距的镜头。一像增强电荷耦合器件6，设置于成像镜头后端，实现对初步采集的样品图像的荧光强度处理；进一步的，像增强电荷耦合器件为纳米量级选通像增强电荷耦合器件，还实现纳米量级精确门控开关与皮秒级延时控制。一些实施例中，该像增强电荷耦合器件6位于样品台3的垂直方向，该像增强电荷耦合器件6为纳米量级选通像增强电荷耦合器件，一是可以实现微弱荧光信号的增强与放大，二是可以实现纳米量级的精确门控开关，三是可以实现皮秒级的延时控制。一计算机7，该计算机的输入端与像增强电荷耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双门控相关荧光成像装置，其特征在于，所述装置包括：一激光器，射出脉冲激光；一整形镜头，用于对所述脉冲激光扩束整形；一样品台，用于放置样品，配置为射入括束整形的脉冲激光，所述括束整形的脉冲激光非垂直入射所述样品；一滤光片和成像镜头，滤光片位于成像镜头前端，所述成像镜头和滤光片设置于样品垂直出射方向上，完成对样品图像的初步采集；一像增强电荷耦合器件，设置于所述成像镜头后端，实现对初步采集的样品图像的荧光强度处理；一计算机，所述计算机的输入端与所述像增强电荷耦合器件的输出端相连，用于对所述荧光强度处理的样品图像做进一步计算；一时序控制单元，与所述激光器和像增强电荷耦合器件相连，用于实现同步控制。

【技术特征摘要】
1.一种双门控相关荧光成像装置，其特征在于，所述装置包括：一激光器，射出脉冲激光；一整形镜头，用于对所述脉冲激光扩束整形；一样品台，用于放置样品，配置为射入括束整形的脉冲激光，所述括束整形的脉冲激光非垂直入射所述样品；一滤光片和成像镜头，滤光片位于成像镜头前端，所述成像镜头和滤光片设置于样品垂直出射方向上，完成对样品图像的初步采集；一像增强电荷耦合器件，设置于所述成像镜头后端，实现对初步采集的样品图像的荧光强度处理；一计算机，所述计算机的输入端与所述像增强电荷耦合器件的输出端相连，用于对所述荧光强度处理的样品图像做进一步计算；一时序控制单元，与所述激光器和像增强电荷耦合器件相连，用于实现同步控制。2.根据权利要求1所述的双门控相关荧光成像装置，其特征在于，所述激光器为纳秒或皮秒激光器，脉宽在皮秒量级。3.根据权利要求1所述的双门控相关荧光成像装置，其特征在于，所述滤光片为紫外截止滤光片。4.根据权利要求1或3所述的双门控相关荧光成像装置，其特征在于，所述滤光片的截止波长大于激光器探头的波长。5.根据权利要求1或3所述的双门控相关荧光成像装置，其特征在于，所述成像镜头根据待检测目标痕迹的大小选择不同焦距的镜头。6.根据权利要求1或3所述的双门控相关荧光成像装置，其特征在于，所述像增强电荷耦合器件为纳米量级选通像增强电荷耦合器件，还实...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟鑫，王新伟，孙亮，董晗，周燕，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11