[发明专利]基于变频激光的扫描成像系统及其方法

权利要求书

1.一种基于变频激光的扫描成像方法，包括如下步骤：

S1：在数字信号发生器中，设置三路模拟信号，以及一路数字脉冲信号，三路模拟信号分别为一路变频信号，两路锯齿波信号；

变频信号驱动激光器，产生变频强度激光，变频信号定义为，其中，其中表示取整数，i和k是大于0的整数，Feq和coe是大于0的有理数，是大于0的有理数；

两路锯齿波信号作为X轴和Y轴的扫描信号，驱动激光扫描装置中的两个振镜，驱动X轴和Y轴的锯齿波信号分别定义为和，其中A是大于0的有理数，表示扫描幅度，M是在x轴上横向扫描的像素点数目，N是在y轴上纵向扫描的像素点数目，i是大于0的整数，完整扫描一副二维图像的像素点数目为M×N，定义锯齿波信号的产生频率是Om Hz，Om是大于0的整数，完整扫描一副二维图像需要使用的时间是M×N/Om秒，数字脉冲信号用于驱动数字采集卡启动数据采集，实现同步探测；

S2：当上述三路模拟信号发出后，系统处于变频激光扫描，样品也随之被激发出变频强度荧光，荧光信号被共聚焦探测模块所探测，并转换为电信号被数字采集卡同步采集，数字采集卡的采样频率为Im Hz，Im为Om的P倍,Im和P均是大于0的整数，数字采集卡采集的光电信号定义为一维矩阵Dig，该矩阵的维度为M×N×P，定义pix=(yj-1)×M+xi,则 Dig[(pix-1)×P+1: pix×P]这P个元素表示第（xi,yj）个像素的荧光光强，xi为取值范围在1到M的整数，yj为取值范围在1到N的整数，对矩阵Dig进行暗区搜索，获取暗度较低的区域；

S3：对矩阵Dig的每个像素内的荧光强度数据做傅里叶变换，提取强度与相位信息，结合暗度较低区域开展差分膨胀；

S4：输出一副具有高精度空间图像，该空间图像同时包含了每一个像素点的荧光寿命信息；

在步骤S2中，所述暗区搜索，是针对数字采集卡保存的数字信号Dig，先做分段积分，得到一个新的一维矩阵Dig_2，该矩阵的维度为M×N，矩阵元素的定义方式是，其中i的取值范围是1到M×N，设置阈值Threshold，Threshold为大于0的数字，利用for循环，遍历Dig_2中的所有元素，将小于Threshold的元素对应的索引号记录到矩阵Dark中，并记录Dig_2中小于Threshold的元素数目，定义为Dark_num，Dark_num是大于0的整数，也是矩阵Dark的维度；

在步骤S3中，所述傅里叶变换，是对矩阵Dig的每个像素内的荧光强度数据做傅里叶变换，获得一个新的矩阵Dig_FFT，Dig_FFT的数据维度与Dig相同，其转换方法为Dig_FFT[(b-1)×P+1: b×P]=FFT(Dig [(b-1)×P+1: b×P])，FFT为经典的快速离散傅里叶变换；

在步骤S3中，所述强度与相位信息，是针对每一个像素内的数据提取强度信息与相位信息，对于第b个像素，将Dig_FFT[(b-1)×P+1: b×P]这P个数值中的最大值作为该像素点的强度数据，保存到二维数组Amp[xi,yj]中，其中，，对于第b个像素，相位信息从Dig [(b-1)×P+1: b×P]中提取，使用for循环，遍历Dig [(b-1)×P+1: b×P]中所有的数字，索引值是1到P，记录第一个极值点的索引值Ipeak，如果该极值是最大值，则相位，如果该极值是最小值，则相位为， ，其中；

在步骤S3中，所述差分膨胀，是在暗区搜索、傅里叶变换以及强度信息提取的基础上开展差分计算，新创建一个新的差分矩阵DiffA，该矩阵的维度为M×N，矩阵内的元素初始值均为0，提取矩阵Dark内的索引值，将每一个索引值转换为二维图像像素索引值，转换算式为，，其中i是取值范围从1到Dark_num的整数，以暗区域像素Amp[xi,yj]为参考点，DiffA[xi,yj]= Amp[xi,yj]，相邻的像素点依次与该参考点进行差分，DiffA[xi+1,yj]=Amp[xi+1,yj]-DiffA[xi,yj]，DiffA[xi,yj+1]= Amp [xi,yj+1]- DiffA[xi,yj]，DiffA[xi-1,yj]= Amp [xi-1,yj]- DiffA[xi,yj]，DiffA[xi,yj-1]= Amp [xi,yj-1]- DiffA[xi,yj]，在上述差分膨胀后，DiffA将增加4个非零元素，进一步使用上述4个非零元素作为参考点，重复上述差分过程，实现差分膨胀。