基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法及系统与流程

本发明涉及光学显微技术领域，特别涉及基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法及系统。

背景技术

激光扫描共聚焦显微镜是研究生物细微结构的有效技术手段，其在生物医学领域得到广泛应用。在共聚焦显微系统中，通过一对共轭的精密针孔和单聚焦点的剃刀扫描方式，使得系统可以抑制了来自非聚焦面的杂散光，过滤掉焦平面以外的信息，获得很高的图像对比度。虽然共聚焦显微可以实现超分辨成像，其分辨率受到针孔大小的影响，针孔越小，分辨率越高，但是，能够采集到的信号光也越弱，直接导致提升分辨率的同时降低样品图像的信噪比。近年来，为了在不降低信噪比的条件下，提高共聚焦显微镜的分辨率，有人提出了一种图像扫描显微镜，将传统的共聚焦显微镜中的光电倍增管替换为ccd，通过对采集到的信号进行数据处理，获得倍的分辨率提升。当对厚样品进行三维成像时，系统将延z轴方向进行断层扫描，并将每层信息通过算法拼接，获得样品完整的三维信息。

虽然，图像扫描显微镜具有许多优点，可以提高分辨率的同时获得较高的信噪比，但是，由于ccd探测器自身接收的信号能力较弱，读取时间较长，导致图像扫描显微系统的成像速度较慢，其扫描大小的样品区域需要花费60s,如果要对样品的三维结构进行成像的话，则需要花费大量时间。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法及系统，可以通过多个聚焦点同时激发样品，提高了成像范围，减少样品采集时间，并且通过对样品发出的荧光进行相位调制，将采集到的点扩散函数转换为双螺旋的形式，进而实现单次的二维扫描获得样品的三维信息，大幅提高了图像扫描显微系统的时间分辨率。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法，其包括如下步骤：

经扩束准直后的激光光束以预设角度照射至数字微镜元件上；

所述数字微镜元件对激光光束进行反射后投射至样品面上；

等间隔切换所述数字微镜元件的照明模式，激发样品面上产生周期性排列的点阵并随着照明模式切换移动，直到样品面全部被激发产生荧光；

对样品面被激发产生的荧光进行相位调制，将高斯分布的荧光信号转换为双螺旋形式的荧光信号，通过探测器在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据；

根据采集到的图像数据对每幅图片上所有的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，对所有亚区域进行波前重构处理，得到样品的三维重构图。

所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法中，所述数字微镜元件对激光光束进行反射后投射至样品面上的步骤具体包括：

激光光束经数字微镜元件反射后进入4f系统，并通过设置在傅里叶面上的光阑滤除多余衍射级的反射光后投射到样品面上。

所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法中，所述对样品面被激发产生的荧光进行相位调制，将高斯分布的荧光信号转换为双螺旋形式的荧光信号，通过探测器在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据的步骤包括：

样品面被激发产生的荧光传输至相位调制单元；

在相位调制单元上载入双螺旋点扩散函数相位，对高斯分布的荧光信号进行相位调制，将其转换为双螺旋形式的荧光信号；

通过探测器在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据。

所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法中，根据采集到的图像数据对每幅图片上所有的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，对所有亚区域进行波前重构处理，得到样品的三维重构图的步骤包括：

根据采集到的图像数据尺寸，生成一个预设倍数尺寸的零矩阵；

读取采集到的图像数据中的第n幅图，对中的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，每个亚区域图像数据中仅存在一个双螺旋点；

对所有亚区域图像数据进行并行处理，通过双高斯拟合获取亚区域图像数据中双螺旋点的两个强度峰坐标，，附上高斯分布的数字针孔并计算双螺旋的旋转角度；

对附加数字针孔后的双螺旋点进反卷积处理，使其转换为高斯点，并对反卷积之后的高斯点进行定位，计算其在上的坐标位置（x，y），将高斯点的强度分布复制到的（a*x，a*y）位置上，其中a为预设倍数；

继续读取图像数据中的第n+1幅图并进行亚区域截取以及数据处理，直到所有图像数据处理完成，将的图像尺寸缩小为1/a得到样品的三维信息图像，并根据双螺旋的旋转角度与样品离焦距离的对应关系，计算出每个扫描位置的样品深度，重构得出样品的深度图。

所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法中，所述附上高斯分布的数字针孔的步骤具体包括：

根据公式生成双高斯分布的数字针孔并与双螺旋点的强度峰坐标相乘，其中c为常数。

所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法中，所述预设倍数为两倍。

所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法中，所述相位调制单元为相位板或空间光调制器。

一种基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像系统，其包括沿光路传输方向依次设置的：

激光光源，用于提供连续的激发光束；

扩束准直反射模块，用于对激发光束进行扩束和准直，并对经扩束准直后的激光光束进行反射使其预设角度出射；

数字微镜元件，用于根据导入的等间隔切换的照明模式，对激光光束进行反射后投射至样品面上，激发样品面上产生周期性排列的点阵并随着照明模式切换移动；

相位调制采集模块，用于对样品面被激发产生的荧光进行相位调制，将高斯分布的荧光信号转换为双螺旋形式的荧光信号，以及在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据；

控制终端，用于将预设照明模式导入至所述数字微镜元件，以及根据采集到的图像数据对每幅图片上所有的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，对所有亚区域进行波前重构处理，得到样品的三维重构图。

所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像系统中，所述相位调制采集模块包括沿光路传输方向依次设置的：

相位调制单元，用于对样品面被激发产生的荧光进行相位调制，将高斯分布的荧光信号转换为双螺旋形式的荧光信号；

探测器，用于在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据。

所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像系统中，所述相位调制单元为相位板或空间光调制器。

相较于现有技术，本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法及系统中，经扩束准直后的激光光束以预设角度照射至数字微镜元件上；所述数字微镜元件对激光光束进行反射后投射至样品面上；等间隔切换所述数字微镜元件的照明模式，激发样品面上产生周期性排列的点阵并随着照明模式切换移动，直到样品面全部被激发产生荧光；对样品面被激发产生的荧光进行相位调制，将高斯分布的荧光信号转换为双螺旋形式的荧光信号，通过探测器在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据；根据采集到的图像数据对每幅图片上所有的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，对所有亚区域进行波前重构处理，得到样品的三维重构图。可以通过多个聚焦点同时激发样品，提高了成像范围，减少样品采集时间，并且通过对样品发出的荧光进行相位调制，将采集到的点扩散函数转换为双螺旋的形式，进而实现单次的二维扫描获得样品的三维信息，大幅提高了图像扫描显微系统的时间分辨率。

附图说明

图1为本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法的流程图。

图2a为本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法中照明模式的原理图。

图2b为本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法中在样品上产生的激光光强分布图。

图2c为本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法中样品被激发产生的荧光信号经相位调制后在探测器上的强度分布图。

图3为不同深度的双螺旋点扩散函数和标准点扩散函数成像的对比图。

图4为本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法应用实施例中图像数据处理的流程图。

图5中（a）图为采用本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法对肾细胞样品的重构图。

图5中（b）图为（a）图对应的样品深度图。

图6为本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像系统的光路图。

具体实施方式

鉴于现有技术中三维图像扫描相位系统成像速度慢等缺点，本发明的目的在于提供一种基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法及系统，可以通过多个聚焦点同时激发样品，提高了成像范围，减少样品采集时间，并且通过对样品发出的荧光进行相位调制，将采集到的点扩散函数转换为双螺旋的形式，进而实现单次的二维扫描获得样品的三维信息，大幅提高了图像扫描显微系统的时间分辨率。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法包括如下步骤：

s10、经扩束准直后的激光光束以预设角度照射至数字微镜元件上；

s20、所述数字微镜元件对激光光束进行反射后投射至样品面上；

s30、等间隔切换所述数字微镜元件的照明模式，激发样品面上产生周期性排列的点阵并随着照明模式切换移动，直到样品面全部被激发产生荧光；

s40、对样品面被激发产生的荧光进行相位调制，将高斯分布的荧光信号转换为双螺旋形式的荧光信号，通过探测器在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据；

s50、根据采集到的图像数据对每幅图片上所有的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，对所有亚区域进行波前重构处理，得到样品的三维重构图。

本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法先对激光光源产生的激光光束进行扩束准直后将其以预设角度照射至数字微镜元件上，本实施例中，所述预设角度优选为-24度，当然在其他实施例中也才采用其它入射角度，本发明对此不作限定，之后通过所述数字微镜元件对激光光束进行反射后投射至样品面上，数字微镜元件将反射微镜阵列和静态随机存取存储器（staticrandom-accessmemory，sram）集成在一起，每一个像素上均对应有一个可以转动的微反射镜，通过转动微反射镜的位置来控制反射光的出射角度，使得每个微反射镜作为一个光开关，从而可根据需要控制各个微反射镜的开启与关闭进而控制反射光的亮暗位置，因此在所述数字微镜元件对激光光束进行反射后，等间隔切换所述数字微镜元件的照明模式，所述照明模式的切换示意图如图2a所示，通过切换数字元件的照明模式使得激光光束经其反射后激发样品面上产生周期性排列的点阵并随着照明模式切换移动，直到样品面全部被激发产生荧光，如图2a所示，其中照明模式为预先导入数字微镜元件内存中的二值图片，每个像素值对应每个微反射镜的开关状态，通过不同的照明模式可在样品面上产生周期性排列的点阵并根据照明模式的切换而移动。如图2b所示，当样品面全部被激发产生荧光后，先对所述荧光进行相位调制，将其转为双螺旋形式的荧光信号，如图2c所示，并通过探测器在每次切换照明模式时同步采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据，之后对采集到的所有图像数据进行处理，根据采集到的图像数据对每幅图片上所有的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，因此对所有亚区域进行波前重构处理，得到样品的三维重构图，由于样品被激发的点扩散函数经过相位调制后转换为双螺旋点扩散函数的形式，如图3所示，其光强分布为两个相对的高斯点，随着离焦距离的改变双螺旋点会旋转，旋转角度与离焦距离成正比，因此通过双螺旋点扩散函数可实现三维纳米定位且定位精度极高，得到高分辨率的样品三维重构图。本实施例中，所述预设角度优选为-24度，当然在其他实施例中也才采用其它入射角度，本发明对此不作限定。

进一步地，所述步骤s20之后还包括：

s21、激光光束经数字微镜元件反射后进入4f系统，并通过设置在傅里叶面上的光阑滤除多余衍射级的反射光后投射到样品面上。

本实施例中，激光光束经数字微镜元件反射后，进入4f系统并被傅里叶面上的光阑滤掉多余衍射级的光，之后再投射至样品面上，通过光阑滤除多余衍射级的光可有效提高光束质量，提高系统成像分辨率。

具体地，所述步骤s40包括：

s401、样品面被激发产生的荧光传输至相位调制单元；

s402、在相位调制单元上载入双螺旋点扩散函数相位，对高斯分布的荧光信号进行相位调制，将其转换为双螺旋形式的荧光信号；

s403、通过探测器在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据。

本实施例中，样品面被激光光束激发后产生的荧光先传输至相位调制单元，所述相位调制单元上载入双螺旋点扩散函数相位，具体所述相位调制单元为相位板或空间光调制器，当采用空间光调制器时，将双螺旋相位片成像在空间光调制器的液晶面板上，其中双螺旋相位片是利用一组满足特定规律的拉盖尔-高斯（laguerre-gauss，lg）模式光束相干叠加而成的，样品被激发的点扩散函数经过相位调制后变为双螺旋点扩散函数的形式，从而对高斯分布的荧光信号进行相位调制，将其转换为双螺旋形式的荧光信号，之后通过探测器在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据，即所述数字微镜元件在切换照明模式的同时会向探测器发出触发信号，例如在切换新模式的同事发出一个电压为3v的上升沿信号，所述探测器在接收到触发信号后同步进行采集，获得一系列图像数据i1，i2…in，完成图像数据采集以用于后续三维重构。

进一步地，在获取到一系列图像数据后对其进行数据处理得到样品的三维重构图，具体所述步骤s50包括：

s501、根据采集到的图像数据尺寸，生成一个预设倍数尺寸的零矩阵；

s502、读取采集到的图像数据中的第n幅图，对中的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，每个亚区域图像数据中仅存在一个双螺旋点；

s503、对所有亚区域图像数据进行并行处理，通过双高斯拟合获取亚区域图像数据中双螺旋点的两个强度峰坐标，，附上高斯分布的数字针孔并计算双螺旋的旋转角度；

s504、对附加数字针孔后的双螺旋点进反卷积处理，使其转换为高斯点，并对反卷积之后的高斯点进行定位，计算其在上的坐标位置（x，y），将高斯点的强度分布复制到的（a*x，a*y）位置上，其中a为预设倍数；

s505、继续读取图像数据中的第n+1幅图并进行亚区域截取以及数据处理，直到所有图像数据处理完成，将的图像尺寸缩小为1/a得到样品的三维信息图像，并根据双螺旋的旋转角度与样品离焦距离的对应关系，计算出每个扫描位置的样品深度，重构得出样品的深度图。

本实施例中，先根据采集到的图像数据尺寸，生成一个预设倍数尺寸的零矩阵，所述预设倍数尺寸优选为两倍，以下均以两倍的预设倍数尺寸对数据处理过程进行说明，读取采集到的图像数据中的第n幅图，对中的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，每个亚区域图像数据中仅存在一个双螺旋点，通过将双螺旋点和周围的像素从图像中截取出来，获得若干个亚区域图像数据可以避免区域中出像多个双螺旋点，减少对双螺旋两个峰的定位误差；之后对所有亚区域图像数据进行并行处理，通过双高斯拟合获取亚区域图像数据中双螺旋点的两个强度峰坐标，，附上高斯分布的数字针孔并计算双螺旋的旋转角度，具体所述附上高斯分布的数字针孔是通过根据公式生成双高斯分布的数字针孔并与双螺旋点的强度峰坐标相乘来实现，其中c为常数，通过附上高斯分布的数字针孔可将噪声和杂散信号滤除，进一步提高重构的准确性；之后对附加数字针孔后的双螺旋点进反卷积处理，具体使用richardson-lucy反卷积算法对针孔后的双螺旋点反卷积操作，使其转换为高斯点，并对反卷积之后的高斯点进行定位，计算其在上的坐标位置（x，y），将高斯点的强度分布复制到的（2*x，2*y）位置上；之后重复上述过程，继续读取图像数据中的第n+1幅图并进行亚区域截取以及数据处理，直到所有图像数据处理完成，将的图像尺寸缩小为1/2得到样品的三维信息图像，并根据双螺旋的旋转角度与样品离焦距离的对应关系，计算出每个扫描位置的样品深度，重构得出样品的深度图，本发明通过多个聚焦点同时激发样品，提高了成像范围，减少样品采集时间，并且通过对样品发出的荧光进行相位调制，将采集到的点扩散函数转换为双螺旋的形式，进而实现单次的二维扫描获得样品的三维信息，大幅提高了图像扫描显微系统的时间分辨率。

以下结合图4和图5，对本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法的数据处理过程和效果进行详细说明：

在激光光束经过不同照明模式下的数字微镜元件反射后激发样品产生荧光信号，并对所述荧光信号进行相位调制获取到一系列双螺旋形式的图像数据后，对获取到的图像数据进行处理实现多焦点扫描三维成像，具体数据处理步骤包括：

s1、生成尺寸为采集数据图像的二倍大小的零矩阵i。

s2、读取采集到的图像堆栈中的第n幅图in，进行去噪处理。

步骤s2中，去噪处理的方式是将in中的灰度值减去背景噪声，背景噪声的获取则是在没有荧光信号的情况下，使用探测器采集10幅图像数据，将它们的灰度值求和取平均，作为系统的背景噪声。

s3、对in上每个双螺旋点进行定位，并将这些点从图像in中截取出来，若干个亚区域图像数据，每个截取的亚区域中仅存在一个双螺旋点。

步骤s3中，将双螺旋点和周围的像素从图像中截取出来，合理的亚区域尺寸可以避免区域中出像多个双螺旋点，减少对双螺旋两个峰的定位误差，本实施例中截取尺寸为25x25像素。

s4、对所有亚区域进行并行处理。

s5、通过双高斯拟合获得双螺旋两个峰的精确位置，并附上高斯分布的数字针孔，计算旋转的角度θn。

步骤s5中，双高斯拟合的方法为：先找出亚区域中的两个极大值点的位置，作为双高斯拟合钟两个高斯点的粗略坐标；之后使用粗略的坐标作为最小二乘法的初始值，并根据点的大小选取一个合适的标准差范围作为标准差的上下确界；之后对两个高斯点进行拟合，获得双螺旋中每个高斯点的精确坐标和标准差。

s6、使用rl算法对附加针孔后的双螺旋点进行反卷积的，将其变为普通的高斯点，反卷积使用的点扩散函数为理论的双螺旋点扩散函数，其两个峰的距离为常数，角度为θn。

步骤s6中，对100nm的荧光珠宽场成像，并通过对发射荧光进行相位调制，获得双螺旋点，对其中的单个双螺旋点进行测量，并获得其单个峰的高斯分布的标准差σ，理论的点扩散函数为两个相对的高斯点，它们连线中点位于图像的正中心，高斯点的峰值设为1，标准差为σ。

s7、计算反卷后的高斯点在in中的位置坐标（x，y)，将高斯点的强度分布复制到i0的（2*x，2*y)的位置上。

s8、将i0的图像尺寸缩小到原来的二分之一，得到超分辨率的样品的三维信息图像。

在s7和s8步骤中，其本质是像素的重新分配，将高斯点的强度分布复制到i0的（2*x，2*y)，再将i0的图像尺寸缩小到原来的二分之一这一方法相当于将ccd探测到的激发点附近的荧光信号向激发点位置移动一段距离，距离大小为信号所在探测器的像素位置与激发点的位置的一半，这种方法可以有效的提高横向分辨率。

s9、通过双螺旋旋转角度与样品离焦距离的关系，计算出每个扫描位置的样品深度，重构出样品的深度图、

步骤s9中，双螺旋旋转角度与样品离焦距离的关系可通过位移台将100nm的荧光珠样品在z方向连续移动并经过相位调制后由探测器采集，获得单个荧光珠在z轴不同位置的双螺旋点扩散函数旋转角度，通过将点扩散函数的角度数据与对应的轴向位置进行线性拟合，获得双螺旋点扩散函数旋转角度与轴上位置的对应关系，为进而实现单次的二维扫描获得样品的三维信息，如图5（a）和图5（b）所示，其为采用本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法对肾细胞样品的重构图与深度图，在实现不降低图像分辨率和信噪比的同时大幅提高了图像扫描显微系统的时间分辨率，有效拓宽了图像扫描显微系统的应用范围。

本发明还相应提供一种基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像系统，如图6所示，其包括沿光路传输方向依次设置的激光光源1、扩束准直反射模块21、数字微镜元件5、相位调制采集模块30和控制终端20，所述激光光源1用于提供连续的激发光束；所述扩束准直反射模块21用于对激发光束进行扩束和准直，并对经扩束准直后的激光光束进行反射使其预设角度出射；所述数字微镜元件5用于根据导入的等间隔切换的照明模式，对激光光束进行反射后投射至样品面上，激发样品面上产生周期性排列的点阵并随着照明模式切换移动；所述相位调制采集模块30用于对样品面被激发产生的荧光进行相位调制，将高斯分布的荧光信号转换为双螺旋形式的荧光信号，以及在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据；所述控制终端20用于将预设照明模式导入至所述数字微镜元件，以及根据采集到的图像数据对每幅图片上所有的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，对所有亚区域进行波前重构处理，得到样品的三维重构图。具体请参阅上述方法对应的实施例。

具体所述相位调制采集模块包括沿光路传输方向依次设置的相位调制单元17和探测器19，所述相位调制单元17用于对样品面被激发产生的荧光进行相位调制，将高斯分布的荧光信号转换为双螺旋形式的荧光信号；所述探测器19用于在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据。所述相位调制单元为相位板或空间光调制器。具体请参阅上述方法对应的实施例。

具体来说，所述基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像系统包括沿光路依次设置的激光光源1、第一透镜2、第二透镜3、第一反射镜4、数字微镜元件5、第三透镜6、光阑7、第四透镜8、第五透镜9、双色片10、物镜11、样品12、管镜13、线偏振片14、第六透镜15、第二反射镜16、相位调制单元17、第七透镜18、探测器19和控制终端20；其中第一透镜2、第二透镜3和第一反射镜4构成扩束准直反射模块21。其中第一透镜2的后焦面与第二透镜3的前焦面位置重合，数字微镜元件5位于第三透镜6前焦面的位置，光阑7放在第三透镜6的后焦平面位置，用来遮挡多余衍射级的反射光，第三透镜6的后焦面与第四透镜8前焦面重合。第四透镜8的后焦面与第五透镜9的前焦面重合，第六透镜15的前焦面与管镜13的后焦面位置重合，相位调制单元17放置在第六透镜15的后焦面位置，第六透镜15的后焦面与第七透镜18的前焦面位置重合。其中，控制终端20与数字微镜元件5通过数据线连接，用来将需要显示的模式图导入进数字微镜元件5中，控制终端20与探测器19通过数据线连接，用来将探测器19采集到的图像传输到控制终端20中，数字微镜元件5与探测器19通过射频线连接，用来将数字微镜元件5的外触发信号传输到探测器19中。

激光光源1产生特定波长的连续激光，可以用来激发样品来产生荧光，其经过第一透镜2和第二透镜3后进行扩束和准直，可以通过改变第一透镜2和第二透镜3的焦距来调整扩束的倍率，接着，扩束准直后的激光经第一反射镜4入射到数字微镜元件5显示面板的正中心，入射角度与水平面呈-24度；数字微镜元件5上的微反射镜将激发光反射，经4f系统和物镜11在样品面上形成稀疏聚焦点阵，其中扩束后激光经数字微镜元件5反射，在第四透镜8的后焦面位置形成多个聚焦点，再经过第五透镜9和物镜11，在样品12上形成稀疏的激发点阵，点阵的分布取决于数字微镜元件5内存中载入的显示模式；连续切换数字微镜元件5的显示模式，并向探测器19发出触发信号，样品面上的稀疏聚焦点随着模式改变产生位移，最终将整个样品全部照亮，具体通过控制终端20将一系列的显示模式依序导入进数字微镜元件5的内存中，模式的切换间隔可以由数字微镜元件5的软件设置。模式为1024x768的二值图片，每个像素对应数字微镜元件面板上的一个微反射镜，像素值1代表微反射镜的‘on’状态，0代表微反射镜的‘off’状态；样品发出的荧光经过管镜13后的4f系统并受到相位调制单元的相位调制，由传统的点扩散函数转换为双螺旋的形式；探测器19接收数字微镜元件5的触发信号的同时对荧光信号进行采集，具体数字微镜元件5切换新的模式同时发出一个电压为3v的上升沿信号，探测器19在接收信号的同时开始采集荧光信号，探测器19的曝光时间为两个上升沿信号之间的间隔，完成图像数据的采集。具体请参阅上述方法对应的实施例。

综上所述，本发明提供的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法及系统中，经扩束准直后的激光光束以预设角度照射至数字微镜元件上；所述数字微镜元件对激光光束进行反射后投射至样品面上；等间隔切换所述数字微镜元件的照明模式，激发样品面上产生周期性排列的点阵并随着照明模式切换移动，直到样品面全部被激发产生荧光；对样品面被激发产生的荧光进行相位调制，将高斯分布的荧光信号转换为双螺旋形式的荧光信号，通过探测器在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据；根据采集到的图像数据对每幅图片上所有的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，对所有亚区域进行波前重构处理，得到样品的三维重构图。可以通过多个聚焦点同时激发样品，提高了成像范围，减少样品采集时间，并且通过对样品发出的荧光进行相位调制，将采集到的点扩散函数转换为双螺旋的形式，进而实现单次的二维扫描获得样品的三维信息，大幅提高了图像扫描显微系统的时间分辨率。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。