用于快速运动物体的超高分辨成像方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像采集技术领域，尤其涉及一种用于快速运动物体的超高分辨成像方法。
【背景技术】
[0002]—般情况下，人眼能够分辨的最小物体的尺寸大约为0.1_。若想看到更小的物体，则需要借助于显微技术。1873年，德国显微技术专家恩斯特.阿贝揭示了光学显微镜由于光的衍射效应和有限孔径分辨率存在极限的原理，正是该原理“束缚” 了传统光学显微镜在纳米世界的运用。
[0003]当显微镜的物镜视野下仅有单个荧光分子，通过特定的算法拟合，很容易超过光学分辨率极限。为探索微观世界，突破光学显微镜的光学极限的超高分辨显微技术应运而生。1981年Barak和Webb首先将单分子跟踪技术引入到生命科学中。尽管单分子的定位精确可以达到纳米级，但它并不能提高光显微镜在分辨两个或者更多点光源时的分辨率。
[0004]2002 年 Patterson 和 Lippincott-Schwartz 首次利用绿色焚光蛋白(GFP)的变种(PA-GFP)观察特定蛋白质在细胞内的运动轨迹。德国Eric Bezig敏锐地认识到:应用单分子荧光成像技术，结合这种荧光蛋白的发光特性，可以突破光学分辨率的极限一光激活定位显微技术(PALM)诞生了。PALM的成像方法只能用来观察外源表达蛋白，对细胞内源蛋白却无能为力。2006年，美国霍华德-休斯研究所华裔科学家庄晓薇实验组发现:不同的波长可以控制化学荧光分子Cy5在荧光激发态和暗态之间的切换。鉴于此开发了随机光学重构显微技术(STORM)。不管是PALM还是STORM超高分辨显微镜方法，其点扩散函数成像仍然与传统显微成像一致，需要反复激活-淬灭荧光分子，所以实验大多在固定的细胞上完成。
[0005]2000年，德国科学家Stefan Hell提出通过物理过程来减少激发光的光斑大小，直接减少点扩散函数的半高宽来提高分辨率，成功研制了受激发射损耗显微技术(STED)。改变点扩散函数实现突破光学衍射极限的另一种方法是饱和结构照明显微技术(SS頂)。2005年，Gustafsson首先将非线性结构性光学照明部件引入到传统的显微镜上，得到了分辨率达到50nm的图像。但是现有的超高分辨技术成像速度慢，并且难以拍摄运动(特别是快速运动)的样品。
【发明内容】
[0006]本发明的其中一个目的在于提供一种用于快速运动物体的超高分辨成像方法，以解决现有技术中成像速度慢难以拍摄运动物体，特别是生物活体的技术问题。
[0007]为实现上述发明目的，本发明实施例提供了一种用于快速运动物体的超高分辨成像方法，包括:
[0008]根据运动物体样品上超高分辨成像目标的位置设置包含所述超高分辨成像目标的感兴趣区域R0I ；
[0009]获取所述超高分辨成像目标的运动速度t和所述感兴趣区域R0I的运动速度V r与位置；
[0010]根据超高分辨成像模块的分辨率PPIS、所述感兴趣区域R0I的运动速度Vr以及所述超高分辨成像目标的运动速度Vi获取所述超高分辨成像模块的成像帧频f s；
[0011]根据所述成像帧频匕与成像拍摄区域Sp的关系计算所述成像拍摄区域Sp的尺寸；在样品上定义一包含超分辨成像目标的拟拍摄区域Si，所述拟拍摄区域Si的尺寸与所述成像拍摄区域Sp的尺寸相同，且与感兴趣区域R0I具有相同的运动速度
[0012]调整所述拟拍摄区域Si或者所述成像拍摄区域Sp的位置，以使所述拟拍摄区域Si与所述成像拍摄区域Sp保持重合；并根据所述拟拍摄区域Si对运动物体样品上超高分辨成像目标进行超高分辨成像。
[0013]可选地，所述
[0014]根据超高分辨成像模块的分辨率PPIS、所述感兴趣区域R0I的运动速度t以及所述超高分辨成像目标的运动速度I获取所述超高分辨成像模块的成像帧频f s的步骤中采用以下公式获取所述成像帧频fs:
[0015]IVr-Vj/PPK fso
[0016]可选地，所述获取所述超高分辨成像目标的运动速度t和感兴趣区域R0I的运动速度t与位置可通过以下方式获取:
[0017]在预设时间内分别采集感兴趣区域R0I的至少两张图像；
[0018]对比所述至少两张图像中运动物体样品和超高分辨成像目标的位置，以获取运动物体样品和超尚分辨成像目标的位移；
[0019]根据运动物体样品和超高分辨成像目标的位移以及成像帧频获取所述感兴趣区域R0I的运动速度t以及所述超高分辨成像目标的运动速度V 10
[0020]可选地，所述获取所述超高分辨成像目标的运动速度t和感兴趣区域R0I的运动速度t与位置通过以下方式获取:
[0021]在感兴趣区域R0I内选定一个与能够代表其运动特征的第一代表点，在超高分辨成像目标上选定一个能够代表其运动特征的第二代表点；
[0022]在不同的时刻分别采集所述第一代表点与所述第二代表点的光强；
[0023]对比分析所述第一代表点与所述第二代表点的光强随时间的变化关系，以获取运动物体样品感兴趣区域和超高分辨成像目标的位移和速度。
[0024]可选地，所述调整所述拟拍摄区域Si或者所述成像拍摄区域Sp的位置，以使所述拟拍摄区域Si与所述成像拍摄区域Sp保持重合的步骤中，通过以下方式实现所述拟拍摄区域Si与所述成像拍摄区域Sp保持重合:
[0025]根据所述感兴趣区域R0I的运动速度VJ周整所述成像拍摄区域Sp的位置，使所述成像拍摄区域Sp的运动与所述感兴趣区域R0I运动方向相同、速度大小相等。
[0026]可选地，所述调整所述拟拍摄区域Si或者所述成像拍摄区域Sp的位置，以使所述拟拍摄区域Si与所述成像拍摄区域Sp保持重合的步骤中，通过以下方式实现所述拟拍摄区域Si与所述成像拍摄区域Sp保持重合:
[0027]所述成像拍摄区域Sp保持不变，根据所述感兴趣区域R0I的运动速度VJ周整样品池，以使样品产生与所述感兴趣区域R0I的运动速度t运动方向相反、速度大小相等的-V-
[0028]本发明实施例通过获取运动物体样品感兴趣区域以及超高分辨成像目标的位置与运动速度，并结合超高分辨成像模块的分辨率确定超分辨成像速率，以此为根据调整成像拍摄区域的面积，保证超高分辨成像速率，从而消除拍摄目标相对于R0I的运动对于超分辨拍摄的影响；通过调整成像拍摄区域的位置或样品上拟拍摄区域的位置，以使成像拍摄区域与样品上拟拍摄区域的位置保持重合，从而消除运动物体样品R0I的运动对超高分辨成像的影响。本发明可以快速、自动地对快速运动物体进行超高分辨成像，也可以自动分析运动物体的形态结构，尤其适用于精子细胞、活体组织等各种运动对象的快速超高分辨成像。
【附图说明】
[0029]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中:
[0030]图1是本发明一实施例提供的一种用于快速运动物体的超高分辨成像方法的流程不意图；
[0031]图2是本发明一实施例提供的一种用于快速运动物体的超高分辨成像装置结构示意图；
[0032]图3是本发明一实施例中调整成像拍摄区域与拟拍摄区域调整重合过程示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0034]第一方面，本发明实施例提供了一种用于快速运动物体的超高分辨成像方法，如图1所示，包括:
[0035]根据运动物体样品上超高分辨成像目标的位置设置包含所述超高分辨成像目标的感兴趣区域R0I ；
[0036]获取所述超高分辨成像目标的运动速度t和所述感兴趣区域R0I的运动速度V r与位置；
[0037]根据超高分辨成像模块的分辨率PPIS、所述感兴趣区域R0I的运动速度t以及所述超高分辨成像目标的运动速度Vi获取所述超高分辨成像模块的成像帧频f s；
[0038]根据所述成像帧频匕与成像拍摄区域Sp的关系计算所述成像拍摄区域Sp的尺寸；定义一包含超分辨成像目标的拟拍摄区域Si，所述拟拍摄区域Si的尺寸与所述成像拍摄区域Sp的尺寸相同，且具有相同的运动速度