【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光学显微成像，具体而言，本申请涉及一种成像装置、成像方法、电子设备及计算机可读存储介质。
技术介绍
1、多光子荧光显微镜作为生命科学领域的一个重要成像方法，由于具有独特的照明与探测方式，而逐渐受到广泛的关注。多光子荧光显微镜通过荧光团的多光子非线性吸收效应实现荧光基团的激活，从而实现被标记物质的特异性标记。由于多光子非线性吸收效应，只有在焦点处才能形成荧光基团的激活，因此多光子荧光显微镜具有良好的光学切层效果(第一点)，多光子荧光显微镜工作波长接近荧光基团单光子激发波长的整数倍，其常见波长包括780nm、920nm和1030nm，在此波段下，生物组织等样本对样本的吸收散射最少，可以保证探测光的良好穿透，可以有效探测厚样本(第二点)；同时，能够激发非线性吸收的激光器通常是飞秒或皮秒脉冲激光器，峰值能量高，平均功率低，对样本的热损伤较小(第三点)。以上三点(即上述第一点、第二点和第三点)构成了多光子荧光显微镜较共聚焦显微镜的主要优势。但是生物信息通常发生在三维空间内，因此实现生物样本的快速体成像对揭示动态信号的发生过程具有重要意义。
2、为提升体成像速度，很多工作已经从光学设计和算法等方面做了诸多尝试。直观地，将一束光分成多束同时成像，可以直接将成像速度提升数倍，且正比于光束数量。在实现中需要使用二维探测传感器，如scmos(scientific complementary metal-oxide-semiconductor，科学互补金属氧化物半导体)或者emccd(electron-multiplying c
3、因此，提出一种成本可控且快速体成像的装置和方法十分必要。
技术实现思路
1、本申请针对现有方式的缺点，提出一种成像装置、成像方法、电子设备及计算机可读存储介质，用以解决现有技术存在的体成像速度较慢的技术问题。
2、第一个方面，本申请实施例提供了一种成像装置，包括：
3、控制单元，用于根据样本中的感兴趣区域生成具有待形成焦点的数量和位置信息的全息图，并控制成像过程中的空间光调制单元、扫描单元和探测器同步工作；
4、空间光调制单元，与控制单元连接，控制单元将全息图加载至空间光调制单元，加载有全息图的空间光调制单元用于对接收到的激光光束进行整形，生成目标波，目标波的波前信息包括生成在待成像平面内的焦点数量和焦点位置；
5、滤波单元，用于对目标波进行滤波处理，以将目标波中除预设级次之外的其他级次的衍射光滤除；
6、扫描单元，与控制单元连接，控制单元控制扫描单元单轴扫描，以使照射在样本待成像平面内的焦点在扫描方向上延展，其中，扫描方向与待成像平面相交；
7、探测器，用于以与扫描单元的扫描速率相匹配的采样速率收集样本在焦点位置处沿扫描方向被目标波激发后的荧光信号，并将荧光信号发送给控制单元；
8、若焦点的数量为一个，则控制单元根据该焦点的位置信息和接收的荧光信号的映射关系进行像素注册，以获得样本的图像；
9、若焦点的数量为多个，则控制单元根据多个焦点的位置信息和接收的荧光信号，利用压缩感知算法获得样本的图像。
10、可选地，控制单元包括全息图生成模块、处理模块、信号采集与发生模块；全息图生成模块用于生成全息图并将全息图加载至空间光调制单元；信号采集与发生模块分别与空间光调制单元、扫描单元和探测器连接，信号采集与发生模块根据处理模块发送的命令向空间光调制单元、扫描单元和探测器发送同步信号，以控制空间光调制单元、扫描单元和探测器同步工作；探测器将荧光信号转换为电压信号并将电压信号发送至信号采集与发生模块，信号采集与发生模块将与电压信号对应的数据发送给处理模块；处理模块根据焦点的数量、焦点的位置信息和与电压信号对应的数据进行单焦点或多焦点的荧光图像的生成。
11、可选地，在单次扫描过程中，探测器同步采集n次，以获得在单个全息图、单次扫描过程中的荧光信号，其中，n大于或等于1；和/或，控制单元同时向空间光调制单元和扫描单元发送同步信号，使空间光调制单元和扫描单元同步触发；扫描单元完成单次扫描后向控制单元发出单次扫描完成信号，控制单元即时控制空间光调制单元切换全息图。
12、可选地，全息图为二值化全息图像，加载有二值化全息图像的空间光调制单元对光束进行波前整形以调制光束；光束的多个焦点通过叠加设计的二元全息图来生成，每个二元全息图均包含焦点的空间信息和强度信息；
13、光束生成p个焦点时，目标波前二值全息图生成过程使用下式表示：
14、
15、其中，p≥1；x，y表示物镜下空间坐标位置；i，j表示微镜阵列的单微镜位置；q是控制光栅条纹宽度的常量，0≤q≤1/2；t是控制生成全息图级次距离的常量；k为整数；ii表示第ii个焦点；bii表示不同焦点之间的相对强度，表示用于控制多焦点位置和形状的附加相位；rii(x,y)为描述光栅相位的项，用于控制焦点的横向扫描；为描述球面波前的项，用于控制焦点轴向移动；rii(x,y)和分别使用下式表示：
16、
17、rii(x,y)＝x·sin(α)+y·cos(α)
18、其中，λ表示系统工作的激发波长；f表示控制波前的等效焦距；α为控制光栅相位的旋转角度。
19、可选地，采用wgs算法对每个焦点的强度均匀度进行迭代，通过单独确定每个点并直接将多个点的相位信息叠加上述目标波前二值全息图生成过程表示式hm(i,j)来生成多个焦点；迭代过程使用下式表示：
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1.一种成像装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述控制单元包括全息图生成模块、处理模块、信号采集与发生模块；
3.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，在单次扫描过程中，所述探测器同步采集N次，以获得在单个全息图、单次扫描过程中的荧光信号，其中，N大于或等于1；和/或，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的成像装置，其特征在于，所述全息图为二值化全息图像，加载有所述二值化全息图像的所述空间光调制单元对光束进行波前整形以调制光束；
5.根据权利要求4所述的成像装置，其特征在于，采用WGS算法对每个焦点的强度均匀度进行迭代，通过单独确定每个点并直接将多个点的相位信息叠加上述目标波前二值全息图生成过程表示式hm(i,j)来生成多个焦点；迭代过程使用下式表示：
6.根据权利要求1至3中任一项所述的成像装置，其特征在于，还包括用于对激光光束进行角色散补偿的色散补偿单元；
7.根据权利要求1至3中任一项所述的成像装置，其特征在于，还包括第三透镜和第四透镜，所述第三透镜设置在所述空
8.一种成像方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的成像方法，其特征在于，所述全息图为二值化全息图像，利用加载有所述二值化全息图像的数字微镜阵列对光束进行波前整形以调制光束；
10.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现如权利要求8或9所述的成像方法。
11.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8或9所述的成像方法。
...【技术特征摘要】
1.一种成像装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述控制单元包括全息图生成模块、处理模块、信号采集与发生模块；
3.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，在单次扫描过程中，所述探测器同步采集n次，以获得在单个全息图、单次扫描过程中的荧光信号，其中，n大于或等于1；和/或，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的成像装置，其特征在于，所述全息图为二值化全息图像，加载有所述二值化全息图像的所述空间光调制单元对光束进行波前整形以调制光束；
5.根据权利要求4所述的成像装置，其特征在于，采用wgs算法对每个焦点的强度均匀度进行迭代，通过单独确定每个点并直接将多个点的相位信息叠加上述目标波前二值全息图生成过程表示式hm(i,j)来生成多个焦点；迭代过程使用下式表示：
6.根据权利要求1至3中任一项所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘淦，陈世祈，钟秋园，
申请(专利权)人：香港心脑血管健康工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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