[发明专利]用于光学显微镜中的图像处理的系统和方法

说明书

示例实施例涉及用于例如针对用作线共焦荧光成像器中的光学检测器的CMOS相机而在光学显微镜检查中对图像进行处理的系统和方法。该方法包括：利用显微镜来采集原始图像；并且使用在X方向上与在Y方向上不同的点扩散函数来对原始图像的至少一部分进行不对称地去卷积，以便生成不对称地去卷积的图像。当图像是单色荧光图像时，该方法还包括压缩CMOS相机噪声。还提供的是用于在光学显微镜检查中对图像进行处理的系统和用于对来自基于CMOS相机的线扫描共焦荧光显微镜的单色图像进行处理的图像处理系统。

技术领域

本文中所公开的示例实施例一般涉及线扫描成像系统。更特别地，所公开的示例实施例涉及用于对线共焦荧光显微镜中的图像进行处理的系统和方法。

背景技术

通常，当研究样品上的微小的感兴趣区域时，研究人员往往采用荧光显微镜来观察样品。显微镜可以是常规的宽场、结构光或共焦显微镜。这样的显微镜的光学配置通常包括光源、照明光学器件、物镜透镜、样品保持器、成像光学器件以及检测器。从光源发射的光在传播通过照明光学器件和物镜透镜之后对样品上的感兴趣区域进行照明。显微镜物镜形成能够经由目镜而观察的物体的放大的图像，或在数字显微镜的情况下，放大的图像被检测器捕获，并且发送至计算机以用于实时（live）观察、数据存储以及进一步分析。

在宽场显微镜中，使用如在任何标准的显微镜中那样的常规的宽场策略且收集荧光发射来对目标进行成像。通常，利用适当的一个或更多个波长的激发光来对荧光染色或标记的样品进行照明，并且，发射光用来获得图像；光学滤波器和/或分色镜用来使激发光和发射光分离。

共焦显微镜利用专门的光学系统以用于成像。在最简单的系统中，在相关的荧光团的激发波长下操作的激光器聚焦至样品上的点；同时，来自该照明点的荧光发射成像至小区检测器上。从样品的所有其它区发射的任何光都被定位于检测器前的小针孔拒绝，其在起源于照明斑点的那个光上传输。以光栅图案跨样品而对激发斑点和检测器进行扫描，以便形成完整的图像。存在用来改进且优化速度和通过量（throughput）的各种各样的策略，其对于本领域技术人员是众所周知的。

线共焦显微镜是共焦显微镜的变型，其中，荧光激发源是激光束；然而，束聚焦至样品上的窄线上，而不是单个点上。然后，荧光发射通过狭缝（slit）而成像于光学检测器上，该狭缝充当空间滤波器。从样品的任何其它区发射的光依然离焦，且结果被狭缝阻挡。为了形成二维图像，当同时读取线相机时，跨样品而对线进行扫描。该系统能够扩展成通过使用适当的光学布置而同时使用若干个激光器和若干个相机。

在通过引用而合并的美国专利7335898中，公开了一类线共焦显微镜，其中，光学检测器是以滚动线快门模式操作的二维传感器元件，由此，能够省略机械狭缝，并且，可以使总体系统设计简化。然而，显而易见的是，共焦显微镜检查提供用来对3D结构进行成像的部分解决方案，但以用来对动态结构进行成像的能力的相当大的成本这样做。大部分细胞（尤其是，真核细胞中的大部分细胞）从未暴露于强光，且因此拙劣地适应于成功地经受住高的光子通量。用于提供有效的活细胞成像和厚或复合生物结构的当前的解决方案是有限的且昂贵的。对宽场图像进行去卷积能够对活细胞成像是有效的，但对厚或复合成像是有限的。共焦显微镜检查对厚或复合成像是有效的，但在活细胞成像能力的方面是有限的。

现有的系统在输送正交方向（X）上的宽场性能的同时，提供一维（Y）上的共焦性（confocality）。这可以具有如下的优点：在输送优于常规的点扫描或多点共焦系统的优良活细胞性能的同时，产生对图像中的对比度的显著增强。然而，现有的系统能够以光学质量的成本这样做。由于现有的系统仅提供一维上的共焦性，因此其它维度上的光学器件被拉长，从而产生无吸引力（unappealing）的图像。将常规的去卷积应用于这些图像能够改进分辨率和对比度，但未能改进由不对称的光学器件引起的不对称性（拉长）。

发明内容

所公开的示例系统和方法应用不对称去卷积过程，以便对从线共焦显微镜采集的图像进行校正。这样的处理还提供如下的机会：引入噪声正则化以实现以甚至更低的光子通量的成像。