单曝光下多色荧光成像的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种单曝光下多色荧光成像的方法和系统，该方法包括：将荧光样本通过物镜在像平面上进行放大，以在所述物镜的焦平面上获得第一实像；在所述物镜的焦平面上设置反射镜，并通过4f系统和设置在所述4f系统中光栅将所述第一实像进行光谱分离；通过采集装置获取光谱离后的图像；其中，所述反射镜设置在所述4f系统的前焦平面上，所述光栅设置在所述4f系统中间的焦平面上。本发明专利技术具有如下优点：提升了多光谱荧光显微技术中的成像速率。

【技术实现步骤摘要】
单曝光下多色荧光成像的方法和系统
本专利技术涉及计算摄像领域，特别涉及一种单曝光下多色荧光成像的方法和系统。
技术介绍
荧光显微技术在生命科学领域中有着广泛的应用。比如研究某种生命结构的转移特性时，通常需要对其植入某种荧光蛋白，对其进行追踪。同时，生命结构自身荧光的变化也在某种程度上能够体现生命体性质的变化。因此，对荧光显微技术的研究将能够大大推动生命科学的发展。当前的荧光显微技术主要包含共聚焦荧光显微、双光子荧光显微等，其都是使用特定的激光对样本集进行荧光激发，在采集端使用相机传感器收集荧光信号。在许多研究领域，比如拉曼光谱的研究中，谱线的分裂将能够体现出物质的特性，因此，对荧光信号进行光谱分离，进行多光谱成像有着很深的研究意义。目前的多光谱显微技术主要的缺点为会牺牲空间分辨率和时间分辨率。对此可以每次在传感器前添加不同的窄带滤波片进行采集，这种方法会增加采集时间，并且难以获得较高的光谱分辨率。对此开可以对相机像素进行分组，并使用光栅分光，但是这种技术在获得光谱分辨率的同时，以同样的倍数降低了空间分辨率。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种单曝光下多色荧光成像的方法，以提升多光谱荧光显微技术中的成像速率。为了实现上述目的，本专利技术的实施例公开了一种单曝光下多色荧光成像的方法，包括以下步骤：S1：将荧光样本通过物镜在像平面上进行放大，以在所述物镜的焦平面上获得第一实像；S2：在所述物镜的焦平面上设置反射镜，并通过4f系统和设置在所述4f系统中光栅将所述第一实像进行分离；S3：通过采集装置获取分离后的图像；其中，所述反射镜设置在所述4f系统的前焦平面上，所述光栅设置在所述4f系统中间的焦平面上。进一步地，所述光栅通过对不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，以实现分光。进一步地，所述采集装置通过卷积算法实现光谱的分离。根据本专利技术实施例的单曝光下多色荧光成像的方法，在普通的荧光显微镜结构的物镜的后级添加一个4f系统，在中间使用光栅进行光谱分离，同时在傅里叶域上进行调制。最后使用解卷积算法在传感器到的图片上进行光谱分离，该方法提升了多光谱荧光显微技术中的成像速率。本专利技术的另一个目的在于提出一种单曝光下多色荧光成像的系统，以提升多光谱荧光显微技术中的成像速率。为了实现上述目的，本专利技术的实施例公开了一种使用单曝光下多色荧光成像的系统，包括：物镜，用于对荧光样本进行放大，以在所述物镜的焦平面上获得第一实像；反射镜，设置在所述物镜的焦平面上；4f系统和光栅，所述反射镜设置在所述4f系统的前焦平面上，所述光栅设置在所述4f系统中间的焦平面上，所述4f系统和光栅用于对将所述第一实像进行分离；采集装置，用于获取分离后的图像。进一步地，所述光栅通过对不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，以实现分光。进一步地，所述采集装置通过卷积算法实现光谱的分离。根据本专利技术实施例的单曝光下多色荧光成像的系统，在普通的荧光显微镜结构的物镜的后级添加一个4f系统，在中间使用光栅进行光谱分离，同时在傅里叶域上进行调制。最后使用解卷积算法在传感器得到的图片上进行光谱分离，该系统提升了多光谱荧光显微技术中的成像速率。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术实施例的单曝光下多色荧光成像的方法的流程图；图2是本专利技术一个实施例的多光谱成像系统的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。参照下面的描述和附图，将清楚本专利技术的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本专利技术的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本专利技术的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本专利技术的实施例的范围不受此限制。相反，本专利技术的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。以下结合附图描述本专利技术。图1是本专利技术一个实施例的使用单曝光下多色荧光成像的方法的流程图。如图1所示，根据本专利技术实施例的单曝光下多色荧光成像的方法，包括以下步骤：S1：将荧光样本通过物镜在像平面上进行放大，以在物镜的焦平面上获得第一实像；S2：在物镜的焦平面上设置反射镜，并通过4f系统和设置在4f系统中光栅将第一实像进行分离；S3：通过采集装置获取分离后的图像；其中，反射镜设置在4f系统的前焦平面上，光栅设置在4f系统中间的焦平面上。在本专利技术的一个实施例中，光栅通过对不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，以实现分光。在本专利技术的一个实施例中，采集装置通过卷积算法实现光谱的分离。图2是本专利技术一个实施例的多光谱成像系统的结构示意图。如图2所示，在本专利技术的一个示例中，与普通显微技术相似，荧光样本1先经过物镜2像平面上进行放大，焦平面上的样本将形成一个清晰的实像，反射镜3好处在4f系统4前焦平面上。上述的实像经过光栅调制的4f系统4，根据傅里叶光学中的原理，4f系统4中间的焦平面为物体经过低通滤波后的傅里叶域信息。而光栅5放在此位置，会使得不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，并汇聚于像平面不同的点。这个过程等价于在傅里叶域的x方向乘以一个相位因子，不同波长的相位因子不同。由于傅里叶域不同的相位因子，会导致不同波长的点扩散函数不同。而像的信息等于物的信息于点扩散函数进行卷积。在采集端，通过相机传感器6获得了像函数以及不同波长特定的PSF，使用解卷积算法就可以实现光谱的分离。实现多光谱成像。根据本专利技术实施例的单曝光下多色荧光成像的方法，在普通的荧光显微镜结构的物镜的后级添加一个4f系统，在中间使用光栅进行光谱分离，同时在傅里叶域上进行调制。最后使用解卷积算法在传感器到的图片上进行光谱分离，该方法提升了多光谱荧光显微技术中的成像速率。本专利技术的还公开了一种单曝光下多色荧光成像的系统，包括：物镜、反射镜、4f系统、光栅和采集装置。其中，物镜用于对荧光样本进行放大，以在物镜的焦平面上获得第一实像。反射镜设置在物镜的焦平面上。反射镜设置在4f系统的前焦平面上，光栅设置在4f系统中间的焦平面上，4f系统和光栅用于对将第一实像进行分离。采集装置用于获取分离后的图像。在本专利技术的一个实施例中，光栅通过对不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，以实现分光。在本专利技术的一个实施例中，采集装置通过卷积算法实现光谱的分离。根据本专利技术实施例的单曝光下多色荧光成像的系统，在普通的荧光显微镜结构的物镜的后级添加一个4f系统，在中间使用光栅进行光谱分离，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单曝光下多色荧光成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将荧光样本通过物镜在像平面上进行放大，以在所述物镜的焦平面上获得第一实像；S2：在所述物镜的焦平面上设置反射镜，并通过4f系统和设置在所述4f系统中光栅将所述第一实像进行分离；S3：通过采集装置获取分离后的图像；其中，所述反射镜设置在所述4f系统的前焦平面上，所述光栅设置在所述4f系统中间的焦平面上。

【技术特征摘要】
1.一种单曝光下多色荧光成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将荧光样本通过物镜在像平面上进行放大，以在所述物镜的焦平面上获得第一实像；S2：在所述物镜的焦平面上设置反射镜，并通过4f系统和设置在所述4f系统中光栅将所述第一实像进行分离；S3：通过采集装置获取分离后的图像；其中，所述反射镜设置在所述4f系统的前焦平面上，所述光栅设置在所述4f系统中间的焦平面上。2.根据权利要求1所述的单曝光下多色荧光成像的方法，其特征在于，所述光栅通过对不同波长的光发生对应的不同角度的偏转，以实现分光。3.根据权利要求1所述的单曝光下多色荧光成像的方法，其特征在于，所述采集装置通过卷积算...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴琼海，陈星晔，吴嘉敏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11