本發(fā)明涉及高速掃描成像畸變校正領(lǐng)域，具體涉及一種基于共振振鏡-掃描振鏡型掃描成像過(guò)程中的畸變校正系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在點(diǎn)掃描式共聚焦顯微鏡，雙光子顯微鏡，sted顯微鏡等系統(tǒng)中，普遍采用x-y振鏡組合掃描成像，當(dāng)需要高速掃描成像時(shí)，采用共振振鏡作為x方向(快軸)、檢流計(jì)振鏡作為y軸(慢軸)來(lái)實(shí)現(xiàn)掃描成像。但是，共振振鏡的運(yùn)動(dòng)是不受控的共振運(yùn)動(dòng)，不能像檢流計(jì)型振鏡那樣通過(guò)控制器控制其鏡片擺動(dòng)角度，而且其擺動(dòng)角度的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為θ＝sin(t)，在上述掃描成像系統(tǒng)中，f-θ透鏡的使用使掃描光斑在樣本上的位置與擺動(dòng)角度θ的呈線性關(guān)系，因此采用共振振鏡時(shí)，掃描光斑在樣本上的位置與時(shí)間是與正弦/余弦有關(guān)的非線性關(guān)系。為了在最終獲得的掃描圖像中不會(huì)出現(xiàn)非線性畸變，傳統(tǒng)上一般使用ronchi光柵等方式產(chǎn)生非線性時(shí)間間隔的采樣脈沖，使每個(gè)采樣點(diǎn)的位置等間隔。這類方法雖然實(shí)現(xiàn)了正常的掃描成像，但是實(shí)現(xiàn)過(guò)程中引入了復(fù)雜的非線性采樣脈沖生成機(jī)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度，而且這種非線性時(shí)間間隔的采樣方式在每個(gè)像素區(qū)間內(nèi)只進(jìn)行一次采樣，沒(méi)有充分利用到數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)采樣能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，有必要提供一種成本低且精度高的共聚焦成像畸變校正系統(tǒng)。

本發(fā)明還提供一種共聚焦成像畸變校正方法。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題提供的技術(shù)方案是：

一種共聚焦成像畸變校正系統(tǒng)，其包括共振振鏡、檢流計(jì)振鏡、同步控制器和數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)，

所述共振振鏡，用于在x軸方向上驅(qū)動(dòng)掃描光斑，并在每一個(gè)振動(dòng)周期中輸出一個(gè)行同步信號(hào)；

所述檢流計(jì)振鏡，用于在y軸方向上驅(qū)動(dòng)掃描光斑；

所述同步控制器，用于接收來(lái)自于所述共振振鏡的行同步信號(hào)，對(duì)所述行同步信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，產(chǎn)生與所述共振振鏡的運(yùn)動(dòng)同步的行同步信號(hào)，并以校準(zhǔn)后的行同步信號(hào)為時(shí)序基準(zhǔn)，生成對(duì)所述檢流計(jì)振鏡的控制波形和與所述數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)采樣速率相匹配的等時(shí)間間隔的采樣控制信號(hào)；

所述數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)，用于根據(jù)所述同步控制器的采樣控制信號(hào)，采集觀測(cè)樣本的光信號(hào)，生成有非線性圖像畸變的原始圖像。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述同步控制器采用fpga實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述同步控制器采用校準(zhǔn)后的行同步信號(hào)為時(shí)序基準(zhǔn)，通過(guò)dds的方式生成對(duì)所述檢流計(jì)振鏡的控制波形。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述共聚焦成像畸變校正系統(tǒng)還包括圖像壓縮處理模塊，所述圖像壓縮處理模塊用于對(duì)所述非線性圖像畸變的原始圖像進(jìn)行校正和壓縮。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述圖像壓縮處理模塊采用下述算法對(duì)所述非線性圖像畸變的原始圖像進(jìn)行校正和壓縮：

原始圖像任一行的數(shù)據(jù)為(i1,i2,i3,…,in)；校正后圖像上對(duì)應(yīng)行的數(shù)據(jù)為(i′1,i′2,i′3,…,i′m)，且n遠(yuǎn)大于m，其中ii:i＝1…n對(duì)應(yīng)等時(shí)間間隔采樣時(shí)刻為ti:i＝1…n；i′i:i＝1…m對(duì)應(yīng)等間隔區(qū)間pj:j＝1…m，即掃描圖像一個(gè)像素的覆蓋區(qū)間；

在ti時(shí)刻，掃描光斑位置為pi＝k*sin(ti),其中k為與掃描振鏡系統(tǒng)與樣本區(qū)域位置相關(guān)的常數(shù)，則對(duì)于等間隔區(qū)間pj，必有nj個(gè)位于pj內(nèi)，取

本發(fā)明還提供一種共聚焦成像畸變校正方法，其包括：

步驟s1：共振振鏡在x軸方向上驅(qū)動(dòng)掃描光斑，并在每一個(gè)振動(dòng)周期中輸出一個(gè)行同步信號(hào)給同步控制器；

步驟s2：同步控制器對(duì)所述行同步信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，產(chǎn)生與所述共振振鏡的運(yùn)動(dòng)同步的行同步信號(hào)，并以校準(zhǔn)后的行同步信號(hào)為時(shí)序基準(zhǔn)，生成對(duì)檢流計(jì)振鏡的控制波形和與數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)采樣速率相匹配的等時(shí)間間隔的采樣控制信號(hào)；

步驟s3：檢流計(jì)振鏡根據(jù)所述同步控制器的輸出的控制波形在y軸方向上驅(qū)動(dòng)掃描光斑；

步驟s4：數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)根據(jù)所述同步控制器的采樣控制信號(hào)，采集觀測(cè)樣本的光信號(hào)，生成有非線性圖像畸變的原始圖像。

本發(fā)明實(shí)施例中，步驟s2中，所述同步控制器采用校準(zhǔn)后的行同步信號(hào)為時(shí)序基準(zhǔn)，通過(guò)dds的方式生成對(duì)所述檢流計(jì)振鏡的控制波形。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述共聚焦成像畸變校正方法還包括：

步驟s5：圖像壓縮處理模塊對(duì)所述非線性圖像畸變的原始圖像進(jìn)行校正和壓縮。

本發(fā)明實(shí)施例中，步驟s5中，所述圖像壓縮處理模塊采用下述算法對(duì)所述非線性圖像畸變的原始圖像進(jìn)行校正和壓縮：

原始圖像任一行的數(shù)據(jù)為(i1,i2,i3,…,in)；校正后圖像上對(duì)應(yīng)行的數(shù)據(jù)為(i′1,i′2,i′3,…,i′m)，且n遠(yuǎn)大于m，其中ii:i＝1…n對(duì)應(yīng)等時(shí)間間隔采樣時(shí)刻為ti:i＝1…n；i′i:i＝1…m對(duì)應(yīng)等間隔區(qū)間pj:j＝1…m，即掃描圖像一個(gè)像素的覆蓋區(qū)間；

在ti時(shí)刻，掃描光斑位置為pi＝k*sin(ti),其中k為與掃描振鏡系統(tǒng)與樣本區(qū)域位置相關(guān)的常數(shù)，則對(duì)于等間隔區(qū)間pj，必有nj個(gè)位于pj內(nèi)，取

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，上述圖像畸變校正系統(tǒng)和方法實(shí)現(xiàn)了采用共振振鏡-掃描振鏡型掃描成像過(guò)程中的圖像畸變的校正，通過(guò)共振振鏡的同步信號(hào)生成對(duì)所述檢流計(jì)振鏡進(jìn)行控制的控制波形信號(hào)，從而保證了所述檢流計(jì)振鏡與所述共振振鏡的同步，無(wú)需額外采樣脈沖生成機(jī)構(gòu)，降低了成本，并且充分利用了數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集能力實(shí)現(xiàn)了過(guò)采樣，提高了成像信噪比。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的共聚焦成像畸變校正系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的共聚焦成像畸變校正方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種共聚焦成像畸變校正系統(tǒng)，其包括共振振鏡1、檢流計(jì)振鏡2、同步控制器3、數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)4和圖像壓縮處理模塊5。下面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

所述共振振鏡1，用于在x軸(快軸)方向上驅(qū)動(dòng)掃描光斑，并在每一個(gè)振動(dòng)周期中輸出一個(gè)行同步信號(hào)。所述共振振鏡1在上電后以共振方式運(yùn)動(dòng)。

所述檢流計(jì)振鏡2，用于在y軸(慢軸)方向上驅(qū)動(dòng)掃描光斑。所述檢流計(jì)振鏡2接收來(lái)自所述同步控制器3的控制波形信號(hào)進(jìn)行擺動(dòng)。

所述同步控制器3，用于接收來(lái)自于所述共振振鏡1的行同步信號(hào)，對(duì)所述行同步信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，產(chǎn)生與所述共振振鏡1的運(yùn)動(dòng)同步的行同步信號(hào)，并以校準(zhǔn)后的行同步信號(hào)為時(shí)序基準(zhǔn)，生成對(duì)所述檢流計(jì)振鏡2的控制波形和與所述數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)4采樣速率相匹配的等時(shí)間間隔的采樣控制信號(hào)。所述同步控制器3采用fpga實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步地，所述同步控制器3采用校準(zhǔn)后的行同步信號(hào)為時(shí)序基準(zhǔn)，通過(guò)dds(directdigitalsynthesizer，直接數(shù)字頻率合成)的方式生成對(duì)所述檢流計(jì)振鏡的控制波形。

所述數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)4，用于根據(jù)所述同步控制器3的控制信號(hào)，采集觀測(cè)樣本的光信號(hào)，生成有非線性圖像畸變的原始圖像。

所述圖像壓縮處理模塊5，用于對(duì)所述非線性圖像畸變的原始圖像進(jìn)行校正和壓縮，所述圖像壓縮處理模塊5采用下述算法對(duì)所述非線性圖像畸變的原始圖像進(jìn)行校正和壓縮：

原始圖像任一行的數(shù)據(jù)為(i1,i2,i3,…,in)；校正后圖像上對(duì)應(yīng)行的數(shù)據(jù)為(i′1,i′2,i′3,…,i′m)，且n遠(yuǎn)大于m，其中ii:i＝1…n對(duì)應(yīng)等時(shí)間間隔采樣時(shí)刻為ti:i＝1…n；i′i:i＝1…m對(duì)應(yīng)等間隔區(qū)間pj:j＝1…m，即掃描圖像一個(gè)像素的覆蓋區(qū)間；

在ti時(shí)刻，掃描光斑位置為pi＝k*sin(ti),其中k為與掃描振鏡系統(tǒng)與樣本區(qū)域位置相關(guān)的常數(shù)，則對(duì)于等間隔區(qū)間pj，必有nj個(gè)位于pj內(nèi)，取

對(duì)于原始圖像的每一行進(jìn)行上述處理過(guò)程，即可得到經(jīng)過(guò)校正的圖像。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種共聚焦成像畸變校正方法，其包括如下步驟：

步驟s1：共振振鏡在x軸方向上驅(qū)動(dòng)掃描光斑，并在每一個(gè)振動(dòng)周期中輸出一個(gè)行同步信號(hào)給同步控制器；

步驟s2：同步控制器對(duì)所述行同步信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，產(chǎn)生與所述共振振鏡的運(yùn)動(dòng)同步的行同步信號(hào)，并以校準(zhǔn)后的行同步信號(hào)為時(shí)序基準(zhǔn)，生成對(duì)檢流計(jì)振鏡的控制波形和與數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)采樣速率相匹配的等時(shí)間間隔的采樣控制信號(hào)；

步驟s3：檢流計(jì)振鏡根據(jù)所述同步控制器的輸出的控制波形在y軸方向上驅(qū)動(dòng)掃描光斑；

步驟s4：數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)根據(jù)所述同步控制器的采樣控制信號(hào)，采集觀測(cè)樣本的光信號(hào)，生成有非線性圖像畸變的原始圖像；

步驟s5：圖像壓縮處理模塊對(duì)所述非線性圖像畸變的原始圖像進(jìn)行校正和壓縮。

步驟s2中，所述同步控制器采用校準(zhǔn)后的行同步信號(hào)為時(shí)序基準(zhǔn)，通過(guò)dds的方式生成對(duì)所述檢流計(jì)振鏡的控制波形。

步驟s5中，所述圖像壓縮處理模塊采用下述算法對(duì)所述非線性圖像畸變的原始圖像進(jìn)行校正和壓縮：

原始圖像任一行的數(shù)據(jù)為(i1,i2,i3,…,in)；校正后圖像上對(duì)應(yīng)行的數(shù)據(jù)為(i′1,i′2,i′3,…,i′m)，且n遠(yuǎn)大于m，其中ii:i＝1…n對(duì)應(yīng)等時(shí)間間隔采樣時(shí)刻為ti:i＝1…n；i′i:i＝1…m對(duì)應(yīng)等間隔區(qū)間pj:j＝1…m，即掃描圖像一個(gè)像素的覆蓋區(qū)間；

在ti時(shí)刻，掃描光斑位置為pi＝k*sin(ti),其中k為與掃描振鏡系統(tǒng)與樣本區(qū)域位置相關(guān)的常數(shù)，則對(duì)于等間隔區(qū)間pj，必有nj個(gè)位于pj內(nèi)，取

對(duì)于原始圖像的每一行進(jìn)行上述處理過(guò)程，即可得到經(jīng)過(guò)校正的圖像。

綜上所述，本發(fā)明的圖像畸變校正系統(tǒng)和方法實(shí)現(xiàn)了采用共振振鏡-掃描振鏡型掃描成像過(guò)程中的圖像畸變的校正，通過(guò)共振振鏡的同步信號(hào)生成對(duì)所述檢流計(jì)振鏡進(jìn)行控制的控制波形信號(hào)，從而保證了所述檢流計(jì)振鏡與所述共振振鏡的同步，無(wú)需額外采樣脈沖生成機(jī)構(gòu)，降低了成本，并且充分利用了數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集能力實(shí)現(xiàn)了過(guò)采樣，提高了成像信噪比。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。