[发明专利]多光谱显微成像系统

说明书

本发明公开了一种多光谱显微成像系统,包括：显微镜，用于将显微样本放大并成像到像面引出口；调制掩膜，调制掩膜位于显微镜的输出像面上，以约束后级成像视场范围，并加入随机掩膜调制；滤光片，滤光片位于视场光阑后，以对来自显微样本的光照信息进行窄带滤波，约束系统成像光谱范围；色散单元，用于将样本上各点光谱信息在空间上展开；像感器，用于记录经前级调制的样本图像，以通过色散和掩膜调制在一张或两张重建出多种标记图像。该系统可以仅采用一张或两张图像重建出多种标记图像，提高成像速度，提高图像分辨率，减少激光对光敏样本、生物样本的破坏，并且结构简单，成本低廉。

技术领域

本发明涉及计算摄像学技术领域，特别涉及一种多光谱显微成像系统。

背景技术

遥感成像、生命科学和材料科学研究对多光谱成像提出了更高要求。观测目标或场景由于不同区域包含不同材质或荧光标记蛋白，能够发出具有不同的光谱曲线的信号。多光谱成像，就是利用这些光谱响应差异，计算重建出各种材质或荧光蛋白成像，且主要困难在于不同材质或标记蛋白光谱响应曲线可能存在重叠，导致不能简单通过加入不同谱段的滤光片实现材质或荧光标记成像的拆分。

目前，在宏观领域，多光谱成像主要在成像光路上加入不同谱段的滤光片多次成像或利用多个不同谱段的二向色镜同时对多个谱段成像，然后利用这些光谱成像堆栈，计算重建出不同材质或标记图像。在显微成像领域，有基于宽场显微镜的多光谱成像、基于共聚焦显微镜和光片照明的多光谱显微成像。基于宽场显微镜的多光谱成像，光照端采用单色或多色激发，在成像光路上加入不同谱段滤光片多次成像或多个不同谱段的二向色镜同时成像，利用这些光谱成像堆栈计算重建出不同材质或标记图像，减少光谱响应曲线存在重叠的影响。基于共聚焦显微的多光谱显微成像，逐点扫描荧光样本，在采集端加入色散器件，利用多个PMT(photomultiplier tube，光电倍增管)记录该点光谱信息。基于共聚焦和光片照明的多光谱显微，采用线扫光片照明，在成像光路加入色散器件，然后用相机记录整条线上激发的荧光光谱。通过共聚焦显微逐点扫描或逐行扫描获得整个视场光谱信息，然后计算重建出各种标记结构成像。

然而，相关技术中仍存在不足，如，基于共聚焦显微镜的多光谱成像，所需激发光较强，容易造成荧光漂白，而且强光照射可能损伤样本细胞或组织结构；再如，成像过程需要扫描或多次拍摄，时间效率低，导致适用于光敏样本和生物样本，而且成像速度慢，不能记录动态过程，有待解决。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种多光谱显微成像系统，该系统可以提高成像速度，提高图像分辨率，减少激光对光敏样本、生物样本的破坏，并且结构简单，成本低廉。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种多光谱显微成像系统，包括：显微镜，用于将显微样本放大并成像到像面引出口；调制掩膜，所述调制掩膜位于所述显微镜的输出像面上，以约束后级成像视场范围，并加入随机掩膜调制；滤光片，所述滤光片位于视场光阑后，以对来自所述显微样本的光照信息进行窄带滤波，约束系统成像光谱范围；色散单元，用于将所述样本上各点光谱信息在空间上展开；像感器，用于记录经前级调制的样本图像，以通过色散和掩膜调制在一张或两张重建出多种标记图像。

本发明实施例的多光谱显微成像系统，能够实现单相机下单次或多次曝光采集数据，即可恢复出单色标记图像，实现仅采用一张或两张图像即可重建出多种标记图像，从而提高成像速度，提高图像分辨率，减少激光对光敏样本、生物样本的破坏，并且结构简单，成本低廉。

另外，根据本发明上述实施例的多光谱显微成像系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：重构模块，通过所述色散和掩膜调制得到图像，并和标记荧光蛋白光谱响应曲线重建出所述样本的各荧光蛋白标记的组织结构。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述显微镜可以为宽视场荧光显微镜。