一种实时可调谐共聚焦显微成像系统技术方案

本发明专利技术涉及一种实时可调谐共聚焦显微成像系统，其特征在于：第一激光器发出的激光经多面发射镜反射后由光电二极管接收，光电二极管将正弦信号发送到放大调制电路处理生成行同步信号发送到可编程逻辑器件，可编程逻辑器件将行同步信号发送到D/A转换器，D/A转换器将其转换为电流信号，并发送到检流计振镜驱动电路调制转化后驱动检流计振镜，可编程逻辑器件的垂直同步信号产生模块对行同步信号进行计数产生帧同步信号，同时可编程逻辑器件将行同步信号、帧同步信号和像素时钟信号分别发送到采集卡，采集卡根据行同步信号、帧同步信号和像素采样时钟信号对光子计数器中样品的灰度值信号进行逐点采集，并将采集的图像发送到计算机逐点重构出实时的视频图像。本发明专利技术可以广泛应用于激光扫描显微成像系统的成像控制中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学成像系统，特别是关于一种适用于在体检测的实时可调谐共聚焦显微成像系统。
技术介绍
与传统显微镜相比，共焦显微镜具有高分辨率尤其是纵向高分辨率的特点，它能够对样品的轴向进行光学层析，并可以重构出样品的三维图像。另外，共聚焦显微镜还突破了普通光学显微镜衍射极限的限制，横向分辨率是相同数值孔径的普通光学显微镜的1.4倍，纵向分辨率可以达到亚微米级，因此可以对厚的生物样品进行轴向层析。在探测器和样品前面加的小孔光阑使得只有当样品处于焦平面时的散射光才能被探测器所接收，大大削弱了杂散光的影响，所以系统有很高的信噪比，图像具有很高的对比度和清晰度。共聚焦显微的最大优势是提供了一种高分辨、无需染料、非侵入式的活体检测成像手段，并且能够在厚的透明或半透明物质内几百微米的范围内成像，因此越来越广泛的应用在皮肤医学影像领域。但是，传统的共聚焦成像由于成像速度较慢(大多数都在秒级每帧)，其应用受到了很大的限制。目前共聚焦显微镜实现视频率实时共聚焦成像方式主要有:1、采用共振镜加检流计振镜的二维扫描成像方式，但是采用共振镜作为快轴扫描是正弦的而不是线性的，因此后期得到的图像需要进行算法校正；2、双检流计的扫描方式，虽然这种方式避免了快轴扫描的非线性，但是扫描速率很慢，即使采用高性能的振镜在分辨率为512X512的条件下只能达到3fps ;3、采用多面镜作为快轴检流计作为慢轴的扫描方式，此方式为线性扫描，在获得较高扫描速率的同时不用对图像进行非线性校正，但是现有的基于多面镜和检流计的共聚焦是通过一些固定的控制电路实现控制，成像速率不可调节，而且将信号固定为标准制式的信号(比如电视RS-170隔行视频信号)，对图像的采集分辨率、后期处理均有一定的制约。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种实时可调谐共聚焦显微成像系统，该系统具有很好的通用性，不仅能够实现帧率和图像分辨率可调的共聚焦扫描成像，而且也为使用者提供了一种多选择的模式。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:一种实时可调谐共聚焦显微成像系统，其特征在于:它包括激光扫描显微成像系统、第一激光器、光电二极管和共聚焦显微成像控制系统，所述共聚焦显微成像控制系统包括可编程逻辑器件、放大调制电路、D/A转换器和检流计振镜驱动电路，所述可编程逻辑器件包括计数分频模块和垂直同步信号产生模块，所述计数分频模块的输入端连接一晶振，用于将晶振信号计数分频后生成像素采样时钟信号，所述计数分频模块发送像素采样时钟信号到激光扫描显微成像系统的多面反射镜用于控制其转动；所述第一激光器发出的激光经所述多面反射镜反射后由所述光电二极管接收，随着所述多面反射镜的转动，所述光电二极管输出正弦电压信号，并将其发送到所述放大调制电路进行处理生成行同步信号，并将其发送到所述可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件将行同步信号发送到所述D/A转换器，所述D/A转换器将行同步信号转换为电流信号，并将其发送到所述检流计振镜驱动电路生成锯齿波电压信号，并将其发送到检流计振镜驱动控制板中驱动激光扫描显微成像系统的检流计振镜工作；所述可编程逻辑器件的垂直同步信号产生模块根据实际需要对行同步信号进行计数产生所需要的帧同步信号，同时所述可编程逻辑器件将行同步信号、帧同步信号和像素时钟信号分别发送到激光扫描显微成像系统的采集卡，所述采集卡根据行同步信号、帧同步信号和像素采样时钟信号对所述激光扫描显微成像系统的光子计数器中样品的灰度值信号进行逐点采集，并将采集的图像发送到一计算机逐点重构出实时的视频图像。所述激光扫描显微成像系统包括第二激光器、第一反射镜、偏振分束镜、多面反射镜、第一透镜、第二透镜、检流计振镜、第三透镜、第四透镜、四分之一波片、显微物镜、第五透镜、第二反射镜、共焦小孔、光子计数器、采集卡和计算机，所述检流计振镜放置于与所述多面反射镜物平面共轭的像平面上；所述第二激光器出射的激光经所述第一反射镜反射到所述偏振分束镜，经所述偏振分束镜出射的线偏振光发射到所述多面反射镜，经所述多面反射镜快速扫描出射的光发射到经由所述第一透镜和第二透镜组成的望远镜透镜组，所述望远镜透镜组出射的光发射到所述检流计振镜，所述检流计振镜出射的光经由所述第三透镜和第四透镜组成的望远镜透镜组发射到所述四分之一波片，所述四分之一波片将线偏振光转为圆偏振光后经所述显微物镜聚焦到样品上，经所述样品的反射光经所述显微物镜发射回所述四分之一波片，所述四分之一波片将圆偏振光变成与照明光线呈90°的偏振光后依次沿着所述第四透镜、第三透镜、检流计振镜、第二透镜和第一透镜传播，并经所述多面反射镜反射到所述偏振分束镜，经所述偏振分束镜出射的光依次经所述第五透镜和第二反射镜到达所述共焦小孔并由所述光子计数器探测接收，所述采集卡采集所述光子计数器的信号并将其发送到所述计算机重构出实时的视频图像。所述采集卡采用非标准视频采集卡和标准视频采集卡中的一种。所述放大调制电路包括放大器和比较器，所述光电二极管的输出端连接所述放大器的输入端，所述放大器的 输出端连接所述比较器的输入端，所述比较器的输出端连接所述可编程逻辑器件的输入端。所述检流计振镜驱动电路包括运算放大器、电容和电阻，所述D/A转换器的输出端连接所述运算放大器的反相端，所述运算放大器的输出端连接检流计振镜驱动控制板，所述运算放大器的输出端与反相端之间连接电容，所述运算放大器的同相端通过电阻接地；所述运算放大器采用运算放大器。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本专利技术包括激光扫描显微成像系统、第一激光器、光电二极管和共聚焦显微成像控制系统，共聚焦显微成像控制系统包括可编程逻辑器件、放大调制电路、D/A转换器和检流计振镜驱动电路，可编程逻辑器件包括计数分频模块和垂直同步信号产生模块，计数分频模块的输入端连接晶振，用于将晶振信号计数分频后，计数分频模块发送像素采样时钟信号到多面反射镜用于控制其转动，垂直同步信号产生模块根据实际需要对行同步信号进行计数生成帧同步信号，采集卡根据行同步信号、帧同步信号和像素采样时钟信号对光子计数器中样品的灰度值信号进行逐点采集，并将采集的图像发送到计算机逐点重构出实时的视频图像，因此本专利技术通过计数分频模块对多面反射镜进行控制，并通过垂直同步信号产生模块对行同步信号进行计数生成帧同步信号，在不改变电路的情况下根据实验需要可以实现不同的分辨率和扫描帧率，实现成像速率可调，具有很好的灵活性。2、本专利技术的采集卡可以根据实际需要采用非标准视频采集卡或标准视频采集卡实现图像化，与现有技术相比，本专利技术给使用者提供了一种多选择的模式，具有很强的通用性。3、本专利技术的激光扫描显微成像系统包括有多面反射镜、检流计和若干透镜等其它光学器件，检流计振镜放置于与多面反射镜物平面共轭的像平面上，其角度移动把光栅线在第三透镜和第四透镜组成的望远镜透镜组中扫描成一个光栅面，多面反射镜作为快轴，检流计作为慢轴，因此通过控制多面反射镜和检流计振镜进行点扫描可以实现共聚焦实时扫描成像。本专利技术可以广泛应用于激光扫描显微成像系统的成像控制中。附图说明图1是本专利技术的 实时可调谐激光扫描显微成像系统的结构示意图；图2是本专利技术的共聚焦显微成像控制系统的结构示意图；图3是本专利技术的共聚焦显微成像控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时可调谐共聚焦显微成像系统，其特征在于：它包括激光扫描显微成像系统、第一激光器、光电二极管和共聚焦显微成像控制系统，所述共聚焦显微成像控制系统包括可编程逻辑器件、放大调制电路、D/A转换器和检流计振镜驱动电路，所述可编程逻辑器件包括计数分频模块和垂直同步信号产生模块，所述计数分频模块的输入端连接一晶振，用于将晶振信号计数分频后生成像素采样时钟信号，所述计数分频模块发送像素采样时钟信号到激光扫描显微成像系统的多面反射镜用于控制其转动；所述第一激光器发出的激光经所述多面反射镜反射后由所述光电二极管接收，随着所述多面反射镜的转动，所述光电二极管输出正弦电压信号，并将其发送到所述放大调制电路进行处理生成行同步信号，并将其发送到所述可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件将行同步信号发送到所述D/A转换器，所述D/A转换器将行同步信号转换为电流信号，并将其发送到所述检流计振镜驱动电路生成锯齿波电压信号，并将其发送到检流计振镜驱动控制板中驱动激光扫描显微成像系统的检流计振镜工作；所述可编程逻辑器件的垂直同步信号产生模块根据实际需要对行同步信号进行计数产生所需要的帧同步信号，同时所述可编程逻辑器件将行同步信号、帧同步信号和像素时钟信号分别发送到激光扫描显微成像系统的采集卡，所述采集卡根据行同步信号、帧同步信号和像素采样时钟信号对所述激光扫描显微成像系统的光子计数器中样品的灰度值信号进行逐点采集，并将采集的图像发送到一计算机逐点重构出实时的视频图像。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭三，席鹏，李浩杰，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：