本发明专利技术提供了一种基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统及方法，包括：激光光源；根据导入的等间隔切换的叠加相位图对激光光束进行相位调制，产生多焦点阵列的空间光调制器；叠加相位图由多焦点阵列相位图和线性相位光栅相位图叠加而成；将多焦点阵列投射至样品面，产生多焦点荧光信号的物镜；采集多焦点荧光信号，得到若干副图像的探测器；对若干副图像进行处理，得到超分辨率图像的控制终端。本发明专利技术通过在空间光调制器上同时加载多焦点阵列相位图和线性相位光栅相位图，实现多焦点阵列的产生以及对样品面进行高精度并行数字随机寻址扫描和激发成像，解决了双光子多焦点显微成像系统的机械惯性问题，降低了系统的复杂性，提高了灵活性。提高了灵活性。提高了灵活性。
【技术实现步骤摘要】
基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统及方法
[0001]本专利技术属于光学成像
，尤其涉及的是基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统及方法。
技术介绍
[0002]光学显微成像系统是生物学家研究生物现象和生命活动的重要工具之一，传统的光学显微成像系统采用宽场照明方式，限制了其成像深度和成像分辨率。激光共聚焦显微镜虽然能实现超分辨成像，但其分辨率受针孔大小的影响。图像扫描显微镜虽然能够提高图像的信噪比，但成像速度慢。多焦点扫描显微镜采用并行的扫描方式，提高成像深度的同时可提高成像速度。
[0003]现有多焦点扫描显微镜分为单光子多焦点扫描显微镜和双光子多焦点扫描显微镜，单光子多焦点扫描显微镜的激发波长一般位于可见光波段，相比于红外光穿透深度更弱。双光子多焦点扫描显微镜由于采用红外光激发具有较厚的成像深度，同时受到荧光染料自身吸收截面的影响具有较好的层析能力。但现有的双光子多焦点扫描显微成像系统基本采用扫描振镜实现扫描，系统结构较复杂，且受机械惯性的影响灵活性较差。
[0004]因此，现有技术有待于进一步的改进。
技术实现思路
[0005]鉴于上述现有技术中的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统及方法，克服现有双光子多焦点扫描显微成像系统结构复杂，受机械惯性的影响灵活性较差的缺陷。
[0006]本专利技术所公开的第一实施例为一种基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统，其中，包括：激光光源；
[0007]空间光调制器，用于接收所述激光光源产生的激光光束，并根据导入的等间隔切换的叠加相位图对所述激光光束进行相位调制，产生随时间移动的多焦点阵列；其中，所述叠加相位图由多焦点阵列相位图和线性相位光栅相位图叠加而成；
[0008]物镜，用于接收所述多焦点阵列，并将所述多焦点阵列投射至样品面上，产生多焦点荧光信号；
[0009]探测器，用于采集所述多焦点荧光信号，得到若干副图像；
[0010]控制终端，用于接收所述若干副图像，并对所述若干副图像进行滤波降噪以及超分辨处理，得到样品的超分辨率图像。
[0011]所述的基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统，其中，所述激光光源与所述空间光调制器之间设置有第一半波片、偏振分光棱镜、第二半波片以及扩束准直模块；
[0012]所述第一半波片和所述偏振分光棱镜用于接收所述激光光源产生的激光光束，并对所述激光光束的出射功率进行调节；
[0013]所述第二半波片用于接收调节出射功率后的激光光束，并改变所述激光光束的偏
振方向；
[0014]所述扩束准直模块用于接收改变偏振方向后的激光光束，并将所述激光光束以预设角度扩束准直至所述空间光调制器。
[0015]所述的基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统，其中，所述空间光调制器与所述物镜之间设置有4f系统、第一反射镜、第二反射镜以及二向色镜；
[0016]所述4f系统用于接收所述多焦点阵列，并对所述多焦点阵列中的杂散光进行过滤；
[0017]所述第一反射镜和所述第二反射镜用于接收滤除杂散光后的多焦点阵列，并将所述多焦点阵列投射至所述二向色镜；
[0018]所述二向色镜和所述物镜用于接收所述第一反射镜和所述第二反射镜反射多焦点阵列，并将所述多焦点阵列以平行光的形式投射至样品面上，产生多焦点荧光信号。
[0019]所述的基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统，其中，所述控制终端同时与所述探测器和所述空间光调制器连接，所述控制终端用于生成叠加相位图并将所述叠加相位图导入所述空间光调制器，以及控制所述探测器采集所述多焦点荧光信号。
[0020]所述的基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统，其中，所述4f系统包括沿光路依次设置的第一透镜、光阑以及第二透镜，所述空间光调制器设置于所述第一透镜的前焦面，所述光阑设置于所述第一透镜的后焦面，所述第一透镜的后焦面与所述第二透镜的前焦面重合。
[0021]本专利技术所公开的第二实施例为一种基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像方法，其中，包括：
[0022]根据导入的等间隔切换的叠加相位图对激光光源产生的激光光束进行相位调制，产生随时间移动的多焦点阵列；其中，所述叠加相位图由多焦点阵列相位图和线性相位光栅相位图叠加而成；
[0023]接收所述多焦点阵列，并将所述多焦点阵列投射至样品面上，产生多焦点荧光信号；
[0024]采集所述多焦点荧光信号，得到若干副图像；
[0025]对所述若干副图像进行滤波降噪以及超分辨处理，得到样品的超分辨率图像。
[0026]所述的基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像方法，其中，所述多焦点阵列相位图的生成方法包括：
[0027]采用加权相位恢复算法对输入面振幅和输入面相位进行迭代更新；
[0028]当迭代次数达到预设次数时，保持迭代更新过程中的傅里叶面相位不变，并继续执行对输入面振幅和输入面相位进行迭代更新的步骤，直至所述加权相位恢复算法收敛，得到多焦点阵列相位图。
[0029]所述的基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像方法，其中，所述采用加权相位恢复算法对输入面振幅和输入面相位进行迭代更新的步骤包括：
[0030]对预先设置的输入面振幅和输入面相位进行二维傅里叶变换，得到傅里叶面振幅和傅里叶面相位；
[0031]将所述傅里叶面振幅替换为矫正振幅，并对所述矫正振幅和所述傅里叶面相位进行二维逆傅里叶变换，得到更新后的输入面振幅和输入面相位；其中，所述矫正振幅为预设
目标振幅与预设矫正系数的乘积；
[0032]将更新后的输入面振幅和输入面相位作为输入面振幅和输入面相位，并继续执行对输入面振幅和输入面相位进行迭代更新的步骤，直至达到预设的迭代次数。
[0033]所述的基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像方法，其中，所述线性相位光栅相位图中线性相位光栅的表达式为：其中，k为光栅频率，r为空间光调制器面上的坐标。
[0034]所述的基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像方法，其中，所述对所述若干副图像进行滤波降噪以及超分辨处理，得到样品的超分辨率图像的步骤包括：
[0035]对所述若干副图像中各幅图像的扫描点位置进行高斯数字针孔滤波，得到若干副降噪图像；
[0036]对所述若干副降噪图像进行像素重定位处理，并对像素重定位处理后的若干副降噪图像进行图像叠加，得到样品的超分辨率图像。
[0037]有益效果，本专利技术通过在空间光调制器上同时加载多焦点阵列相位图和线性相位光栅相位图，实现多焦点阵列的产生以及对样品面进行高精度并行数字随机寻址扫描和激发成像，解决了双光子多焦点扫描显微成像系统的机械惯性问题，降低了系统的复杂性，提高了灵活性。
附图说明
[0038]图1是本专利技术实施例中提供的一种基于空间光调制器2的双光子多焦点显微成像系统的结构示意图；
[003本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统，其特征在于，包括：激光光源；空间光调制器，用于接收所述激光光源产生的激光光束，并根据导入的等间隔切换的叠加相位图对所述激光光束进行相位调制，产生随时间移动的多焦点阵列；其中，所述叠加相位图由多焦点阵列相位图和线性相位光栅相位图叠加而成；物镜，用于接收所述多焦点阵列，并将所述多焦点阵列投射至样品面上，产生多焦点荧光信号；探测器，用于采集所述多焦点荧光信号，得到若干副图像；控制终端，用于接收所述若干副图像，并对所述若干副图像进行滤波降噪以及超分辨处理，得到样品的超分辨率图像。2.根据权利要求1所述的基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统，其特征在于，所述激光光源与所述空间光调制器之间设置有第一半波片、偏振分光棱镜、第二半波片以及扩束准直模块；所述第一半波片和所述偏振分光棱镜用于接收所述激光光源产生的激光光束，并对所述激光光束的出射功率进行调节；所述第二半波片用于接收调节出射功率后的激光光束，并改变所述激光光束的偏振方向；所述扩束准直模块用于接收改变偏振方向后的激光光束，并将所述激光光束以预设角度扩束准直至所述空间光调制器。3.根据权利要求1所述的基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统，其特征在于，所述空间光调制器与所述物镜之间设置有4f系统、第一反射镜、第二反射镜以及二向色镜；所述4f系统用于接收所述多焦点阵列，并对所述多焦点阵列中的杂散光进行过滤；所述第一反射镜和所述第二反射镜用于接收滤除杂散光后的多焦点阵列，并将所述多焦点阵列投射至所述二向色镜；所述二向色镜和所述物镜用于接收所述第一反射镜和所述第二反射镜反射多焦点阵列，并将所述多焦点阵列以平行光的形式投射至样品面上，产生多焦点荧光信号。4.根据权利要求1所述的基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统，其特征在于，所述控制终端同时与所述探测器和所述空间光调制器连接，所述控制终端用于生成叠加相位图并将所述叠加相位图导入所述空间光调制器，以及控制所述探测器采集所述多焦点荧光信号。5.根据权利要求3所述的基于空间光调制器的双光子多焦点显微成像系统，其特征在于，所述4f系统包括沿光路依次设置的第一透镜、光阑以及第二透镜，所述空间光调制器设置于所述第一透镜的前焦面，所述光阑设置于所述第一透镜的后焦...
【专利技术属性】
技术研发人员：于斌，喻欢欢，张晨爽，屈军乐，林丹樱，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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