[发明专利]基于sCMOS的共聚焦超分辨成像系统和方法

说明书

本发明提供了一种基于sCMOS的共聚焦超分辨成像系统和方法，用sCMOS相机代替传统的PMT探测器和小孔，由原来的点对点成像转为点对面成像，并选取一定组合的像元组合形成虚拟小孔，在获取扫描点对应子图像之后，运用像素重分配理论合成小孔内各像元对样本的分图像，再使用分图像加权求和算法合成最终图像，提升成像的分辨率。

技术领域

本发明涉及共聚焦显微成像领域，具体地，涉及基于sCMOS的共聚焦超分辨成像系统和方法。

背景技术

激光共聚焦显微镜采用激光作为光源，采用共轭聚焦原理和装置，并利用计算机对成像进行输出和显示，激光共聚焦显微镜经照明小孔形成点光源，点光源照射样本激发荧光，荧光发出光子经过物镜和小孔被探测器收集，样本平面和像平面是点对点成像。为了有效地排除焦平面以外的散色光对成像精度的影响，探测小孔的直径一般取的很小，常取为1AU(Airy Unit，艾里单位)，如果再减小小孔的直径，为了保证成像的亮度，需增加相应的曝光时间，从而影响图像的采集速度。此外，光共焦系统结构复杂，采用了非常昂贵的硬件系统，因此其价格也非常昂贵。如何平衡成像精度、速度与成本等之间的矛盾是如今研究的重点。

传统的共聚焦显微镜成像方法是设置一个小孔与点探测器(雪崩光电二极管APD或者光电倍增管PMT)，本发明是用sCMOS相机替代小孔和点探测器，并提出使用虚拟小孔和像素重分配理论来提升成像分辨率。其中，sCMOS是PCO公司与其他公司联合开发的科学CMOS芯片，避除了传统CMOS芯片高暗电流、高读出噪声、低填充因数和一致性差等缺点，继承了CMOS高速、低消耗等优点；sCMOS相机属于科学级相机。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于sCMOS的共聚焦超分辨成像系统和方法。

根据本发明提供的一种基于sCMOS的共聚焦超分辨成像系统，包括sCMOS相机，还包括反射镜组、激光振镜系统、第一聚光透镜、第二聚光透镜、第三聚光透镜、第四聚光透镜、分光镜、样品面；

经反射镜组反射的激光依次通过激光振镜系统、第一聚光透镜、第二聚光透镜到达分光镜，得到第一分光、第二分光；

所述第一分光经过第三聚光透镜到达样品面；

所述第二分光经过第四聚光透镜到达sCMOS相机；

优选地，样品面经激光激发的激发光依次经过第三聚光透镜、分光镜、第四聚光透镜到达sCMOS相机。

根据本发明提供的一种基于sCMOS的共聚焦超分辨成像方法，包括：

步骤1：通过扫描样本，获取各扫描点对应的子图像；

步骤2：确定所述子图像的激发光中心；

步骤3：为各子图像添加虚拟小孔，其中，虚拟小孔是指窗函数；

步骤4：像素重分配；

步骤5：组合虚拟小孔内像元采集到的像素形成分图像，并对所述分图像作去卷积处理；

步骤6：将各分图像合成最终的图像。

优选地，扫描样本共获得N个扫描点，每个扫描点在sCMOS上所形成子图像的像元个数为N₁×N₂，则共获取了N×N₁×N₂个像素值S^k_i,j(1≤k≤N,1≤i≤N₁,1≤j≤N₂)；

N为大于等于2的正整数；

N₁为大于等于2的正整数；

N₂为大于等于2的正整数；