一种共焦扫面显微镜光源调制方法技术

本发明专利技术公开了一种共焦扫面显微镜光源调制方法，包括如下步骤：在图像窗口取扫描窗口中间的线性部分的步骤；根据快速共振扫描镜窗口及图像采集窗口，通过利用电子硬件产生一个调制信号来实现对成像光源的实时打开或关闭。采用本发明专利技术，通过调制在快速扫描方向上的光源功率，实现光源辐射量在生物样本表面达到线性分布的要求，同时，在未采样数据的扫面区域关闭光源，从而实现样本表面的光辐射量最小化的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种共焦扫面显微镜光源调制方法
本专利技术涉及共聚焦扫描光学成像仪器技术，尤其涉及一种共焦扫面显微镜光源调制方法，能够用于对生物样本(如皮肤、眼底等生物组织，可简称为“样本”)进行二维扫描，得到生物样本的高清晰二维图像。
技术介绍
共焦扫面显微成像光学系统，通常使用一个快速共振扫描反射镜和在正交方向上使用一个慢速线性扫描反射镜，进行样本的二纬扫描来获取样本的二维图像。图1A显示了一个典型的扫描镜工作方式。如图1A所示，快速共振镜11以正弦方式不间断连续地在第一方向扫描样本，其中任何一个正弦扫描周期可以分解为正向扫描111和逆向扫描112。快速共振镜11的正弦曲线的振幅直接决定了快速扫描方向的光学视场大小。快速共振镜11每扫描一个周期，慢速线性扫描镜12在第二方向快速共振镜正交(90°)的方向，位移增加一步121。慢速线性扫描镜正向扫描121的步数以及步子尺寸，直接决定了慢速扫描方向的光学视场大小。慢速线性扫描镜根据系统设置完成正向扫描121之后，接着完成逆向扫描122。逆向扫描122的步子经常比正向扫描121的步子大，以便慢速线性扫描镜可以快速返回原始位置开始新的一帧图像。这种情况下，成像系统的数据采集模块经常仅仅采样来自正向扫描121的数据。慢速线性扫描镜正向扫描121和逆向扫描122的步子和步数也可以一样大，这种情况下，成像系统的数据采集模块采样所有来自正向慢速扫描121和逆向扫描122的数据。图1B显示了另一个典型的扫描镜工作方式。如图1B所示，类似于传统的电视系统中的图像交织工作模式。快速共振镜11以正弦方式不间断连续在第一方向扫描样本，其中任何一个正弦扫描周期可以分解为正向扫描111和逆向扫描112。图像的奇数行来自快速共振镜的正向扫描111，图像的偶数行来自快速共振镜的逆向扫描112。快速共振镜11正弦曲线的振幅直接决定了快速扫描方向的光学视场大小。快速共振镜11每扫描半个周期，慢速线性扫描镜12在第二方向与快速共振镜正交(90°)的方向，位移增加一步121。慢速线性扫描镜正向扫描121的步数以及步子尺寸，直接决定了慢速扫描方向的光学视场大小。慢速线性扫描镜根据系统设置完成正向扫描121之后，接着完成逆向扫描122。逆向扫描122的步子经常比正向扫描121的步子大，以便慢速线性扫描镜可以快速返回原始位置开始新的一帧图像。这种情况下，成像系统的数据采集模块经常仅仅采样来自正向扫描121的数据。慢速线性扫描镜正向扫描121和逆向扫描122的步子和步数也可以一样大，成像系统的数据采集模块采样所有来自慢速镜正向扫描121和逆向扫描122的数据。图1A与图1B的快速共振镜11每扫描一个完整周期，相应的电子部件实时输出一个的行同步时钟信号(H-Sync)。图1A与图1B的慢速线性扫描镜12每扫描一个完整周期，相应的电子部件实时输出一个场同步时钟信号(V-Sync)。行同步时钟信号(H-Sync)和场同步时钟信号(V-Sync)通常用作成像系统数据采集模的同步输入信号，对模拟信号的图像进行数字化。快速共振镜的运动轨迹通常可以用公式(1)的时空关系来表述。x(t)＝A－A·cos(ωt)(1)这里，A是快速共振镜的振幅，ω是快速共振镜的角速度，t是时间变量，x(t)是快速共振镜的扫描空间位置。公式(1)的时空关系可以进一步用图2A的余弦曲线10来表达。余弦曲线10显示了一个快速共振镜的完整周期，包括正向扫描窗口11和逆向扫描窗口12。在扫描窗口的两边侧位置，快速共振镜的运动速率降低并出现数学上的拐点，由于图像的过度拉伸扭曲，图像系统的数据采集模块经常把两侧的数据截掉或者放弃采样这两侧的数据，而仅仅采样余弦曲线中间比较线性的那部分，如图2A中的111和121区域所示。111和121区域经常被定义为图像窗口或者采样窗口。对公式(1)作数学上的差分可以得到：Δx(t)＝Aω·sin(ωt)Δt(2)从公式(2)可以得到Δx(t)和Δt的逆关系，Δt(x)＝Δx/(Aω·sin(ωt))(3)假设用于照明样本的成像光源输出恒定功率P0(实际上成像光源输出功率是恒定的。光源输出功率的稳定性是衡量一个光源性能是否优秀的一个重要指标)，那么被扫描样本的单位空间尺寸接收到的辐射量为：ΔI(x)＝P0Δt(x)＝P0Δx/(Aω·sin(ωt))(4)将公式(4)改写成微分形势得到：图2B显示了归一化后的公式(5)。图中省略了最左侧和最右侧的1％空间位置，这两部分可以被认为是样本接收脉冲光源－在极短的时间内接收极高的辐射量。但是，即便仅仅考虑图中99％部分的扫描空间，图2B中所示，样本两侧11、12接收的辐射量是正中间10的7倍以上。在活体样本(如活体动物视网膜)的成像过程中，需要严格控制成像光源照射样本的剂量。成像光源，尤其是可见光激光以及紫外波段，光毒比红外光大，严格控制激光剂量可以保证活体样本始终在安全的辐射范围内。共焦扫描光学成像仪器在应用之前需要计算活体样本能够接受的辐射负荷以保证活体样本的安全。如上所述，图2B中样本两侧11、12区域接收的光剂量是中间部分10的7倍以上。光毒的计算需要考虑最不安全的照射区域，也就是7倍剂量的两端区域11、12。这个问题导致的结果是，为得到足够好的样本图像信号，样本两侧比样本中间必须接收7倍多的光剂量。如果仅仅用1/7的剂量保证样本两侧的图像有足够好的信噪比，那么样本中间必然欠曝光导致图像质量达不到指定的要求。快速共振镜的非线性扫描机制导致如图2B所示的非线性结果。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种共焦扫面显微镜光源调制方法，通过调制在快速扫描方向上的光源功率，实现光源辐射量在样本表面达到线性分布的要求，同时，在未采样数据的扫面区域关闭光源，以使达到样本表面的光辐射量最小化。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种共焦扫面显微镜光源调制方法，包括如下步骤：在图像窗口取扫描窗口中间的线性部分的步骤；根据快速共振扫描镜窗口及图像采集窗口，通过利用电子硬件产生一个调制信号来实现对成像光源的实时打开或关闭。其中，所述电子硬件为现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP或其它能够产生调制信号的电子元器件。所述成像光源为超发光二极管SLD。所述的调制信号为晶体管-晶体管逻辑电路TTL信号、互补金属氧化物半导体CMOS信号或低电压差分LVDS信号根据所述调制信号，数据采集模块得到正向扫描和逆向扫描的图像数据、或仅得到正向扫描的图像数据，或仅得到逆向扫描的图像数据。根据光源输入调制信号的参数，所述的调制信号在高电平时关闭光源，低电平时打开光源。本专利技术的共焦扫面显微镜光源调制方法，具有如下有益效果：利用该共焦扫面显微镜光源调制方法，对使用一个快速共振扫描反射镜，和在正交方向使用一个慢速线性扫描反射镜的共焦扫面显微成像系统进行光源调制，进行生物样本的二纬扫描以获取样本的二维图像。由于快速共振扫描反射镜的正弦运动轨迹导致在快速扫描方向光源落到样本的辐射量呈非线性分布；而慢速线性扫描反射镜的工作方式又会导致图像采集模块没有采集所有来自慢速扫描的图像。本专利技术的调制方法通过调制在快速扫描方向上的光源功率，实现光源辐射量在样本表面达到线性分布，同时，在没有采样数据的扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共焦扫面显微镜光源调制方法，其特征在于，包括如下步骤：在图像窗口取扫描窗口中间的线性部分的步骤；根据快速共振扫描镜窗口及图像采集窗口，通过利用电子硬件产生一个调制信号来实现对成像光源的实时打开或关闭。

【技术特征摘要】
2018.11.30 CN 20181145872071.一种共焦扫面显微镜光源调制方法，其特征在于，包括如下步骤：在图像窗口取扫描窗口中间的线性部分的步骤；根据快速共振扫描镜窗口及图像采集窗口，通过利用电子硬件产生一个调制信号来实现对成像光源的实时打开或关闭。2.根据权利要求1所述共焦扫面显微镜光源调制方法，其特征在于，所述电子硬件为现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP或其它能够产生调制信号的电子元器件。3.根据权利要求1所述共焦扫面显微镜光源调制方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，张金莲，杭荟，
申请(专利权)人：南京智博医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32