[发明专利]线扫描稀疏采样双光子成像方法及装置

摘要

本发明公开了一种线扫描稀疏采样双光子成像方法及装置，其中方法包括：将光脉冲经过色散器件，以生成不同频率子光束；将不同频率子光束中每个子光束经过光调制器施加不同相位，改变光脉冲的群速度色散；将不同频率子光束重新汇聚，并通过连续不断改变群速度色散实现聚焦面的扫描；采集具有一定稀疏性的图像数据，并通过调制解耦修补算法进行复原，以获取成像图像。该方法能够在保证原有视场大小的情况下，突破相机采样速度的硬件限制，获得更高的、满足观测生理现象需求的三维快速成像能力，从而有效提高成像的可靠性，简单易实现。

主权项

1.一种线扫描稀疏采样双光子成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

将光脉冲经过色散器件，以生成不同频率子光束；

将所述不同频率子光束中每个子光束经过光调制器施加不同相位，改变光脉冲的群速度色散；

将所述不同频率子光束重新汇聚，并通过连续不断改变所述群速度色散实现聚焦面的扫描；以及

采集具有一定稀疏性的图像数据，并通过调制解耦修补算法进行复原，以获取成像图像。

2.根据权利要求1所述的线扫描稀疏采样双光子成像方法，其特征在于，在样本平面共轭的衍射光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，使得不同的频率以不同的角度向目标焦平面传播，时空耦合效应导致时间脉冲在焦平面上方和下方扩散，而只在有效的焦平面局部区域达到峰值功率照明实现多光子激发。

3.根据权利要求2所述的线扫描稀疏采样双光子成像方法，其特征在于，通过稀疏采样结构光照明和交织线扫时空域上复用后解耦提高扫描成像速度。

4.根据权利要求2或3所述的线扫描稀疏采样双光子成像方法，其特征在于，光路通过4F系统扩束后经柱透镜形成线扫，所述光栅把所述不同的光谱频率由所述一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，先后通过透镜和物镜后重新会聚于物像平面，其中，所述振镜实现激发光束的横向扫描，并提供编码的结构光照明模式，以及CCD采集探测到的物像平面信号。

5.根据权利要求1所述的线扫描稀疏采样双光子成像方法，其特征在于，在获取成像图像时，进一步包括：使用任意维度数据集适用性的修补算法执行未采样像素的修补，所述修补算法基于三维离散余弦变换以使用时域和空域上的信息来修补缺失的数据。

6.一种线扫描稀疏采样双光子成像装置，其特征在于，包括：

生成模块，用于将光脉冲经过色散器件，以生成不同频率子光束；

改变模块，用于将所述不同频率子光束中每个子光束经过光调制器施加不同相位，改变光脉冲的群速度色散；

扫描模块，用于将所述不同频率子光束重新汇聚，并通过连续不断改变所述群速度色散实现聚焦面的扫描；以及

处理模块，用于采集具有一定稀疏性的图像数据，并通过调制解耦修补算法进行复原，以获取成像图像。

7.根据权利要求6所述的线扫描稀疏采样双光子成像装置，其特征在于，在样本平面共轭的衍射光栅把不同的光谱频率由一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，使得不同的频率以不同的角度向目标焦平面传播，时空耦合效应导致时间脉冲在焦平面上方和下方扩散，而只在有效的焦平面局部区域达到峰值功率照明实现多光子激发。

8.根据权利要求6所述的线扫描稀疏采样双光子成像装置，其特征在于，通过稀疏采样结构光照明和交织线扫时空域上复用后解耦提高扫描成像速度。

9.根据权利要求7或8所述的线扫描稀疏采样双光子成像装置，其特征在于，光路通过4F系统扩束后经柱透镜形成线扫，所述光栅把所述不同的光谱频率由所述一个超短激励脉冲向不同的方向扩散，先后通过透镜和物镜后重新会聚于物像平面，其中，所述振镜实现激发光束的横向扫描，并提供编码的结构光照明模式，以及CCD采集探测到的物像平面信号。

10.根据权利要求6所述的线扫描稀疏采样双光子成像装置，其特征在于，所述处理模块还用于使用任意维度数据集适用性的修补算法执行未采样像素的修补，所述修补算法基于三维离散余弦变换以使用时域和空域上的信息来修补缺失的数据。