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

背景技術：

在點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，當需要高速掃描成像時，采用共振振鏡作為x方向(快軸)、檢流計振鏡作為y軸(慢軸)來實現(xiàn)掃描成像。但是，共振振鏡的運動是不受控的共振運動，不能像檢流計型振鏡那樣通過控制器控制其鏡片擺動角度，而且其擺動角度的運動規(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角度θ的呈線性關系，因此采用共振振鏡時，掃描光斑在樣本上的位置與時間是與正弦/余弦有關的非線性關系。為了在最終獲得的掃描圖像中不會出現(xiàn)非線性畸變，傳統(tǒng)上一般使用ronchi光柵等方式產(chǎn)生非線性時間間隔的采樣脈沖，使每個采樣點的位置等間隔。這類方法雖然實現(xiàn)了正常的掃描成像，但是實現(xiàn)過程中引入了復雜的非線性采樣脈沖生成機構，提高了系統(tǒng)的成本和復雜度，而且這種非線性時間間隔的采樣方式在每個像素區(qū)間內(nèi)只進行一次采樣，沒有充分利用到數(shù)據(jù)采集機構的數(shù)據(jù)采樣能力。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術的上述問題，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)明解決技術問題提供的技術方案是：

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

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

所述檢流計振鏡，用于在y軸方向上驅(qū)動掃描光斑；

所述同步控制器，用于接收來自于所述共振振鏡的行同步信號，對所述行同步信號進行校準，產(chǎn)生與所述共振振鏡的運動同步的行同步信號，并以校準后的行同步信號為時序基準，生成對所述檢流計振鏡的控制波形和與所述數(shù)據(jù)采集機構采樣速率相匹配的等時間間隔的采樣控制信號；

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

本發(fā)明實施例中，所述同步控制器采用fpga實現(xiàn)。

本發(fā)明實施例中，所述同步控制器采用校準后的行同步信號為時序基準，通過dds的方式生成對所述檢流計振鏡的控制波形。

本發(fā)明實施例中，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所述非線性圖像畸變的原始圖像進行校正和壓縮。

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

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

在ti時刻，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)域位置相關的常數(shù)，則對于等間隔區(qū)間pj，必有nj個位于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)動掃描光斑，并在每一個振動周期中輸出一個行同步信號給同步控制器；

步驟s2：同步控制器對所述行同步信號進行校準，產(chǎn)生與所述共振振鏡的運動同步的行同步信號，并以校準后的行同步信號為時序基準，生成對檢流計振鏡的控制波形和與數(shù)據(jù)采集機構采樣速率相匹配的等時間間隔的采樣控制信號；

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

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

本發(fā)明實施例中，步驟s2中，所述同步控制器采用校準后的行同步信號為時序基準，通過dds的方式生成對所述檢流計振鏡的控制波形。

本發(fā)明實施例中，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所述非線性圖像畸變的原始圖像進行校正和壓縮。

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

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

在ti時刻，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)域位置相關的常數(shù)，則對于等間隔區(qū)間pj，必有nj個位于pj內(nèi)，取

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

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的共聚焦成像畸變校正系統(tǒng)的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例的共聚焦成像畸變校正方法的流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明實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、檢流計振鏡2、同步控制器3、數(shù)據(jù)采集機構4和圖像壓縮處理模塊5。下面進行詳細說明。

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

所述檢流計振鏡2，用于在y軸(慢軸)方向上驅(qū)動掃描光斑。所述檢流計振鏡2接收來自所述同步控制器3的控制波形信號進行擺動。

所述同步控制器3，用于接收來自于所述共振振鏡1的行同步信號，對所述行同步信號進行校準，產(chǎn)生與所述共振振鏡1的運動同步的行同步信號，并以校準后的行同步信號為時序基準，生成對所述檢流計振鏡2的控制波形和與所述數(shù)據(jù)采集機構4采樣速率相匹配的等時間間隔的采樣控制信號。所述同步控制器3采用fpga實現(xiàn)。進一步地，所述同步控制器3采用校準后的行同步信號為時序基準，通過dds(directdigitalsynthesizer，直接數(shù)字頻率合成)的方式生成對所述檢流計振鏡的控制波形。

所述數(shù)據(jù)采集機構4，用于根據(jù)所述同步控制器3的控制信號，采集觀測樣本的光信號，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，用于對所述非線性圖像畸變的原始圖像進行校正和壓縮，所述圖像壓縮處理模塊5采用下述算法對所述非線性圖像畸變的原始圖像進行校正和壓縮：

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

在ti時刻，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)域位置相關的常數(shù)，則對于等間隔區(qū)間pj，必有nj個位于pj內(nèi)，取

對于原始圖像的每一行進行上述處理過程，即可得到經(jīng)過校正的圖像。

如圖2所示，本發(fā)明實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)動掃描光斑，并在每一個振動周期中輸出一個行同步信號給同步控制器；

步驟s2：同步控制器對所述行同步信號進行校準，產(chǎn)生與所述共振振鏡的運動同步的行同步信號，并以校準后的行同步信號為時序基準，生成對檢流計振鏡的控制波形和與數(shù)據(jù)采集機構采樣速率相匹配的等時間間隔的采樣控制信號；

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

步驟s4：數(shù)據(jù)采集機構根據(jù)所述同步控制器的采樣控制信號，采集觀測樣本的光信號，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所述非線性圖像畸變的原始圖像進行校正和壓縮。

步驟s2中，所述同步控制器采用校準后的行同步信號為時序基準，通過dds的方式生成對所述檢流計振鏡的控制波形。

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

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

在ti時刻，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)域位置相關的常數(shù)，則對于等間隔區(qū)間pj，必有nj個位于pj內(nèi)，取

對于原始圖像的每一行進行上述處理過程，即可得到經(jīng)過校正的圖像。

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

以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。