[发明专利]一种快速成像的扫描采样和图像处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及光扫描技术领域，具体涉及使用科研级CMOS、即sCMOS进行快速成像的扫描采样和图像处理方法。

背景技术

随着现代工业和科技的发展，对于快速成像的需求愈加强烈，尤其是对于大体积或者大面积的物体成像。例如在生物学研究中，了解生物组织器官的结构对于掌握其功能有着很大的促进作用，并对于各种功能疾病的诊断提供强有力的科学根据。但是由于组织器官（例如大脑）尺寸较大，成像范围有限，需要多次区域成像才能获取到完整的一个平面的组织结构数据；同时因为生物体具有特异性，需要对大量样本进行成像研究来得到统计性的结果，所以在对生物大样本进行结构成像时，需要提高数据获取通量，缩短成像时间。

传统点扫描成像技术是通过控制扫描器件偏转，在物体上进行逐点扫描，串行的获取数据，成像速度较慢；传统线扫描成像是控制扫描器件在样本表面进行线扫描，在对大样本进行成像时，扫描完一个小区域后移动样本或者移动扫描探测装置对下一个区域扫描，图像处理时对多个小区域的成像拼接成整个样本的图，对图像配准要求较高。而控制物体连续移动，使用线探测器对物体进行成像，可一次性的获取一个条带的物体信息，只需要次数不多的图像配准拼接就可以得到完整的物体图像，成像速度较快。

但在提高成像速度，缩短成像时间的基础上，如何得到较好的图像质量是一个关键问题。尤其很多情况下，需要利用荧光标记技术对感兴趣的功能结构进行特异性的标记，以便将观察研究的目标与其他结构区别开来。而荧光成像属于弱光成像，想要得到较为好的图像对比度和信噪比，首先在探测器的选择方面是需要有所考虑的，高灵敏度、高量子效率和低读出噪声的探测器是首要选择。科研级CMOS（sCMOS）是近两年来基于传统CMOS成像器件上发展出来的新一代的探测成像器件。其继承了传统CMOS高速、低功耗等优点，并同时克服了芯片高暗电流、高读出噪声、低填充因数和一致性差等缺点，具有高分辨率、高量子效率、高速全帧幅以及低噪声、动态范围大等特点，尤其适合微弱信号探测。目前所有的主流成像器件（CCD、CMOS、EMCCD等）由于芯片技术的限制，都不能同时满足上述sCMOS的技术特点，所以在弱光成像技术领域中，采用sCMOS代替其他探测器件将会成为技术发展的一种趋势。

尤其是当sCMOS相机工作在subarray（或感兴趣区域采样ROI）模式时，sCMOS相机只是启用sCMOS阵列中的某几行进行曝光成像，这种模式下，sCMOS相机的读出速度快，即扫描速度快。因此，这种模式适合于大样本快速运动扫描采样成像。在这种应用情形下，采用subarray（或ROI）模式，对同步移动样品进行N行一帧的扫描，然后将若干幅sCMOS阵列扫描采样帧直接按照扫描时间顺序逐一拼接后，生成整个样品图像。但是，由于扫描成像速度快，曝光时间短，在相同的光功率下，仅仅采用sCMOS相机的subarray（或ROI）工作模式进行采样成像，得到的整个样品图像信号强度弱、对比度低。同时采样帧包括的像素行数N值越大，采样分辨率越低，导致图像细节畸变越严重。

因此，需要探索新的成像和处理方法，实现对于物体诸如微弱荧光大样品的快速成像，以便同时获得高分辨率和高信噪比的图像。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种快速成像的扫描采样和图像处理方法，以获得高分辨率和高信噪比的图像。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种快速成像的扫描采样和图像处理方法，涉及图像处理装置，其特征在于，采用sCMOS相机作为成像工具，使sCMOS相机工作于subarray或ROI模式，包括以下步骤：

步骤一、开启所述sCMOS相机；

步骤二、控制成像物体在垂直于sCMOS相机采样方向上连续平移，样品的平移速度为每个采样周期平移n行像素对应的宽度，n为整数，且1≤n＜N，N为subarray或ROI模式下sCMOS相机的单个采样帧的像素行数；

步骤三、所述sCMOS相机向所述图像处理装置输出采样帧，所述图像处理装置顺序存储每个采样帧；

步骤四、完成成像物体目标区域扫描后，将所有采样帧按采样顺序，以所述n行像素的宽度值为步进值，逐一移位叠加处理，即得到高分辨率、高信噪比图像。

最优选的，所述n等于1。此种情形下，相当于sCMOS相机的下一采样帧相对上一采样帧的位移为一行像素的宽度距离。