一种共聚焦点扫描成像的信号预处理方法技术

本发明专利技术公开了一种共聚焦点扫描成像的信号预处理方法，用于处理激光扫描共聚焦显微镜对样本扫描得到的模拟信号，包括：将模拟信号记录为由样本图像各行首尾相接构成的原始一维信号；使用模拟低通滤波器对原始一维信号进行滤波得到第一滤波信号；对第一滤波信号进行数据采集得到第一数字信号；使用数字低通滤波器对第一数字信号进行滤波得到第二滤波信号；根据第二滤波信号重建所述样本的二维图像。根据本发明专利技术提出方法，可直接对扫描得到的一维信号处理，有效地滤除光学系统中存在杂散光及电路系统中的噪声，最终获得清晰平滑的样本二维图像。同时，一维信号滤波的速度非常快，基本不影响整个系统的响应时间，满足对二维图像进行实时显示的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光扫描共聚焦显微镜领域，尤其涉及。
技术介绍
光学显微镜是历代生物学家观察研究对象的主要工具之一。激光扫描共聚焦显微镜是在荧光显微镜基础上发展起来的一种高分辨率，非接触式，能够三维成像的光学显微镜，它的光学分辨率突破了传统的衍射极限，使光学显微技术进入了一个新的发展阶段。激光扫描共聚焦显微镜采用共轭焦点技术，使光源针孔、样本及探测器针孔处于彼此对应的共轭位置，并使用激光作为光源，激光束通过物镜聚焦于样本上，在扫描装置的 驱动下，实现对样本的点扫描，最后计算机对扫描后的一维信号进行排列重组得到重建后的样本二维图像。由于光学系统中存在杂散光的干扰，电路系统中存在噪声，最终重建得到的样本二维图像中会含有大量噪声，这些噪声的存在掩盖了真实的图像信息，影响了后续的图像处理和分析的结果，因此需要对扫描得到的一维原始信号进行预处理，才能在样本二维图像重建过程中获得质量较高的样本图像。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述现有技术中存在的问题，提出，用于处理激光扫描共聚焦显微镜对样本扫描得到的模拟信号，包括将所述模拟信号记录为由样本图像各行首尾相接构成的原始一维信号；使用模拟低通滤波器对所述原始一维信号进行滤波得到第一滤波信号；对所述第一滤波信号进行数据采集得到第一数字信号；使用数字低通滤波器对所述第一数字信号进行滤波得到第二滤波信号；根据所述第二滤波信号重建所述样本的二维图像。优选地，所述模拟低通滤波器为巴特沃斯低通滤波器，用于滤除所述原始一维信号中的高频噪声。优选地，所述第一滤波信号由若干个不同频率的分量信号构成，其中，频率最高的分量信号的频率值为fmax。优选地，对所述第一滤波信号进行数据采集得到第一数字信号包括对所述第一滤波信号使用采样频率fs进行采样，得到采样信号，其中，fs^ 2fmax ；对所述采样信号进行模数转换，得到所述第一数字信号。优选地，所述数字低通滤波器为有限脉冲响应(FIR)滤波器，用于滤除模拟低通滤波以及数据采集过程中引入的外界噪声，所述数字低通滤波器的截止频率为fmax的20%至 30%。优选地，所述第二滤波信号为一维数字电压信号，根据所述第二滤波信号重建所述样本的二维图像包括将所述第二滤波信号对应的电压值映射到图像灰度空间中，得到第二数字信号；将所述第二数字信号进行排列得到所述样本的二维图像。根据本专利技术实施方案中的共聚焦点扫描成像的信号预处理方法，可以直接对扫描得到的一维信号进行处理，有效地滤除光学系统中存在杂散光以及电路系统中的噪声，最终获得清晰平滑的样本二维图像。同时，一维信号滤波的速度非常快，基本不影响整个系统的响应时间，满足对二维图像进行实时显示的需要。附图说明下面结合附图对本专利技术进行详细说明，其中图I是本专利技术一实施方案的共聚焦点扫描成像的信号预处理方法流程图；图2是本专利技术一实施方案的一阶巴特沃斯低通滤波器的实施电路图； 图3是本专利技术一实施方案的二阶巴特沃斯低通滤波器的实施电路图；图4是本专利技术一实施方案的对第一滤波信号进行数据采集得到第一数字信号的流程图；图5是本专利技术一实施方案的根据第二滤波信号重建样本二维图像的流程图。具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本专利技术技术方案做进一步的详细描述。图I为本专利技术一实施方案的共聚焦点扫描成像的信号预处理方法流程图。在本实施方案中，执行步骤SlOl之前，激光扫描共聚焦显微镜首先对样本进行点扫描，所述点扫描过程是对样本逐点逐行地扫描，对前一行扫描完成后，从下一行的起始位置继续进行扫描，直至扫描完整个样本。扫描完成后，执行步骤S101，按照图像各行首尾相接的形式，将扫描得到的信号记录为原始一维信号。所述原始一维信号为模拟信号，横坐标为扫描时刻，纵坐标为相应扫描时刻的样本扫描点的电压值。在一优选实施例中，所述样本图像有M行，所述原始一维信号用函数A (t)表示，扫描时刻t单位为秒，其中，当扫描时刻t处于范围t1；A(t)为样本图像第一行扫描点的电压值，当扫描时刻t处于范围< t彡t2，A(t)为样本图像第二行扫描点的电压值，依此类推，当扫描时刻t处于范围<t^tM,A(t)为样本图像第M行扫描点的电压值。所述扫描时刻对应于扫描时样本图像的一个特定位置，所述特定位置决定了对应信号值在图像重建时的位置坐标。在步骤S102中，对所述原始一维信号A (t)进行滤波得到第一滤波信号B (t)。具体地，所述原始一维信号A(t)由若干分量信号构成，所述若干分量信号的频率值分别为f\、f2、f3、...，其中，频率值高于某一阈值4的分量信号可以视为所述原始一维信号A(t)中存在的高频噪声，这些高频噪声是在激光扫描共聚焦显微镜对样本扫描过程中由显微镜的光学系统引入的，并且是不可避免的。在本实施方案中，选取fT值为1MHz。在本实施例中，所述滤波过程采用了巴特沃斯低通滤波器，截止频率f。为1MHz，其作用为用于滤除频率值高于IMHz的高频噪声，同时频率低于IMHz的分量信号幅值保持不变。具体地，任何高阶的巴特沃斯低通滤波器都可以分解为一阶和二阶巴特沃斯低通滤波器的乘积。其中，一阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数为H(s) = KCcoc/(s+Ccoc)，其具体实施电路如图2 所示，R1 = !/(CC1Oc)，R2 = KV(K-I), R3 = KR10 K 为通带放大倍数，在本实施例中取1，不进行放大；c为阻尼系统，对于巴特沃斯低通滤波器，取1.414々取10/fT，单位为^;03。是截止频率，为6.28父106以(1/8 ; IN端为待滤波信号的输入端，OUT端为滤波后信号的输出端。二阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数为H (s) = Ks2/ [S2+ (B ω c/C) s+ ω 2JC]，其具体实施电路如图3所示，C1取10/fT，单位为μ F ；C2 = C1A, R1 = 1/(2^+ )ω c，R2 = C (2Ci+C2) /C1C2 ω c ; ω c是截止频率，为6. 28 X 106rad/s ；IN端为待滤波信号的输入端，OUT端为滤波后信号的输出端。在本实施例中选用二阶巴特沃斯低通滤波器对所述原始一维信号A(t)进行滤波。本领域的技术人员应能理解，随着阶数的增加，巴特沃斯低通滤波器频率响应曲线的通带边缘更加陡峭，意味着低于截止频率的低频信号经滤波器滤波后保留得更加完整，同时高于截止频率的高频信号经滤波器滤波后被滤除得更加彻底，然而滤波电路随着阶数的增加需要更多的元器件，电路组成更加复杂。因此，在本实施方案中，可以根据上述原理并结合实际情况，选用相应阶数的巴特沃斯低通滤波器对原始一维信号A(t)进行滤波。任何高阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数都可以由若干一阶和二阶巴特沃 斯低通滤波器传递函数的相乘得到。使用所述二阶巴特沃斯低通滤波器对所述原始一维信号A(t)进行滤波后，所述原始一维信号A(t)中频率高于IMHz的分量信号都被滤除，频率低于IMHz的分量信号都被保留，滤波后得到的所述第一滤波信号B(t)中频率最高的分量信号的频率值fmax即等于截止频率IMHz。在步骤S103中，对所述第一滤波信号B (t)进行数据采集得到第一数字信号C (k)。如图4所示，所述数据采集过程可以具体分解为1)步骤S201，对所述第一滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共聚焦点扫描成像的信号预处理方法，用于处理激光扫描共聚焦显微镜对样本扫描得到的模拟信号，其特征在于，包括：将所述模拟信号记录为由样本图像各行首尾相接构成的原始一维信号；使用模拟低通滤波器对所述原始一维信号进行滤波得到第一滤波信号；对所述第一滤波信号进行数据采集得到第一数字信号；使用数字低通滤波器对所述第一数字信号进行滤波得到第二滤波信号；根据所述第二滤波信号重建所述样本的二维图像。

【技术特征摘要】
1.一种共聚焦点扫描成像的信号预处理方法，用于处理激光扫描共聚焦显微镜对样本扫描得到的模拟信号，其特征在于，包括 将所述模拟信号记录为由样本图像各行首尾相接构成的原始一维信号； 使用模拟低通滤波器对所述原始一维信号进行滤波得到第一滤波信号； 对所述第一滤波信号进行数据采集得到第一数字信号； 使用数字低通滤波器对所述第一数字信号进行滤波得到第二滤波信号； 根据所述第二滤波信号重建所述样本的二维图像。2.根据权利要求I所述的共聚焦点扫描成像的信号预处理方法，其特征在于，所述模拟低通滤波器为巴特沃斯低通滤波器，用于滤除所述原始一维信号中的高频噪声。3.根据权利要求I所述的共聚焦点扫描成像的信号预处理方法，其特征在于，所述第一滤波信号由若干个不同频率的分量信号构成，其中，频率最高的分量信号的频率值为f丄 max °4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛晓君，张运海，黄维，唐志豪，
申请(专利权)人：苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：