激光扫描共聚焦显微镜的基本原理及其使用技巧

介绍了激光扫描共聚焦显微镜(laser scanning confocal microscopy,LSCM)的原理和构造,分析了LSCM的优点和缺点,并以花粉为例,详细介绍了共聚焦针孔直径、光电倍增管检测器增益、激光强度、扫描速度、扫描方式和Z轴步距等重要参数设置对共聚焦成像的不同影响。探讨了正确使用LSCM的方法与技巧,如获取高质量的图像、图像保存及图像处理,以便为科技人员利用LSCM开展更多植物学与环境科学相关的研究提供参考。     

利用激光扫描共聚焦显微成像系统的正交切割成像确证GFP标记细菌在植物根内定殖

用激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）检测绿色荧光蛋白（GFP）标记的细菌常用来确证植物内生细菌的内生特性。本文通过用GFP标记的内生细菌侵染植物根,用LSCM分别检测植物的根段或根的徒手横切片,显示LSCM系统的无损伤光学切片和正交切割成像适用于确证GFP标记细菌在植物根内定殖,显示徒手切片对揭示细菌定殖模式及其入侵途径的不良影响,并依此更新LSCM检测GFP标记细菌在植物根内定殖的方法。     

3D激光扫描共聚焦显微镜计量特性分析及测试

为了合理评定激光扫描共聚焦显微镜（Laser Scanning Confocal Microscope,LSCM）的测量性能,提出了一种用于检验LSCM计量特性的测试方法。首先,依据LSCM成像原理,对其技术特点,特别是轴向分辨率和横向分辨率等进行了理论分析;然后对其计量特性的参数指标进行了归纳,并提出相应的性能测试方法。具体包括采用线间隔为微纳米级的网格板等作为标准器,测试LSCM的放大倍数和光学横向分辨率;采用纳米级高度台阶样板测试LSCM的光学轴向分辨率和轴向定位特性;采用激光干涉仪测试样品台工作性能等。实验证明:该方法能够满足当前普遍应用的LSCM的性能测试需求。     

改善光学扫描全息聚焦层图像效果的实验研究

为了改善光学扫描全息系统聚焦层重建图像的效果,采用随机相位光瞳替代传统针孔光瞳的方法,进行了理论的分析和实验验证,分别得到了传统光学扫描全息和基于随机相位编码的光学扫描全息系统下重建图像和原图像之间的信噪比、相关系数以及频谱分布比较结果。结果表明,在实验条件相同的情况下,基于随机相位编码的光学扫描全息系统重建的图像具有更高的信噪比和相关系数,且其图像频谱和原图像频谱曲线的变化趋势更相似,因而更接近于原图像。     

多聚焦显微图像融合算法

在显微成像过程中,受系统景深限制,沿光轴方向不同层面之间聚焦位置存在显著差异,同时不同层面的显微图像存在部分聚焦区域重叠,现有多聚焦融合算法往往无法并行提取和融合多幅显微图像中最清晰的聚焦部分。提出一种多聚焦显微图像融合算法,首先构造了一种类高斯四邻域梯度算子并结合快速引导滤波,实现高频聚焦信息的提取;同时针对大视场显微图像序列中存在聚焦信息重叠、像素数量大的情况,引入了一种小区域聚焦度量方法,提高了对聚焦清晰区域高频信息提取的能力,实现了多图最佳聚焦点的融合。拍摄3组包括4 mm和2 mm对角线视场的多聚焦显微图像序列进行测试,相较5种常用多聚焦图像融合算法,所提算法的峰值信噪比平均提高了2.4772,结构相似性指数达0.9400以上,对聚焦清晰区域有更好的融合效果,融合图像细节丰富且清晰度高,能够满足大视场多聚焦显微图像融合的准确性要求。     

激光扫描共聚焦显微镜在骨髓基质细胞移植中的应用

目的：探讨激光扫描共聚焦显微镜（laser scanning confocal microscope,LSCM）技术在骨髓基质细胞（Bone Marrow Stromal Cells,BMSCs）移植中的应用。方法：使用活细胞示踪剂CM-DiI、细胞核探针DAPI和DNA合成前体物BrdU体外标记BMSCs,移植到动物模型体内,利用LSCM技术,观察BMSCs在受体组织内的分布和分化。结果：体外标记BMSCs后再移植到受体,使用LSCM技术可以观察到BMSCs定位于受体心肌组织和脑组织,并有部分BMSCs表达相应的组织特异性蛋白Cx43和GFAP。结论：利用LSCM技术观察BMSCs在受体组织内分布和分化是一种简单可行的方法。     

激光扫描共聚焦显微镜自动对焦研究

目的：针对激光扫描共聚焦显微镜在二维平面扫描样本时不能自动准确定位焦平面的不足,提出一种基于全自动光学显微镜自动聚焦原理的数字图像处理算法解决这个问题。方法：利用激光扫描共聚焦最微镜获得具有一定厚度的显微样本不同焦距下序型固傻,首先应用灰度方差算子全局搜索进行粗聚焦,对粗聚焦得到的焦平面附近各一个扫描步距范围内的图像再利用基于Sobel梯度的熵函数进,行目标区域的精确聚焦,单向搜索以提高聚焦速度.结果：实验表明该方法对于无荧光标记的样本的均可以准确对焦,粗细两次聚焦可以提高自动对焦的精度,基于Sobel梯度的熵函数对于图像边缘敏感,比以往的空域自动对焦方法更符合生物显微样本对焦精确度高的需求。     

激光扫描共聚焦显微镜在微孔隙研究中的应用

激光扫描共聚焦显微镜(laser scanning confocal microscope,LSCM)具有分辨率高、制样简单、具有一定穿透能力、集激光扫描和数字图像处理为一体等优点。用于研究储层中的微孔隙,其能够快速、准确、直观地提供微孔隙的孔隙结构与面孔率等信息,本文通过对致密砂岩粒缘微缝、砂岩长石粒内溶蚀孔、云母内微孔、火山凝灰岩脱玻化气孔和英安岩溶蚀微孔进行激光共聚焦三维扫描,可以检测出孔径在0.1μm以上的微孔隙,有助于分析微孔隙特征与油气集输之间的关系,对天然气储层和致密砂岩储层的勘探和开发具有重要意义。     

HiD系列背投扫描电路原理(二)

第四部分第四部分是主要由IC3005和Q3006、Q3007、Q3008组成的动态聚焦电路。IC3005(NJM2085D)引脚功能及内部等效电路如图6(a)、(b)所示。CRT背投彩电与普通CRT彩电一样存在着聚焦问题。由于电子束扫描的半径比屏幕的半径小很多,当电子束扫描到屏幕边缘时,电子束将无法在屏幕上聚焦,如图7所示。电子束将无法在屏幕边缘上聚焦,将会严重影响图像的清晰度。为了提高采用CRT成像的HiD背投清晰度,扫描板上设计上了动态聚焦电路。动态聚焦电路根据电子束扫描到屏幕边缘时,按抛物线比例调整聚焦电压,电子     

基于移动物镜中少数透镜的快速轴向扫描系统

近年来,神经细胞中快速荧光信号的随机三维成像成为研究的热点问题,对双光子荧光显微成像系统中轴向扫描速度提出了更高的要求。本文设计一种快速轴向扫描系统,通过电致位移驱动器件,驱动显微物镜中靠近样品端的聚焦透镜组,实现物镜前焦点在轴向的快速扫描。系统中由少数透镜组成的聚焦透镜组与主透镜组之间为近平行光路,适应大范围扫描;聚焦透镜组质量轻、驱动器负载小、扫描速度快。用ZEMAX软件对系统进行仿真分析,结果表明:当扫描深度从0～500 μm变化时系统MTF曲线变化很小。聚焦透镜组重量仅有0.1 g,以压电陶瓷作为位移驱动元件可达到千赫兹量级的扫描频率,能够满足神经功能成像的大范围和快速轴向扫描要求。     

主光轴平行于基底的微透镜阵列制作与测试

应用SU-8负性感光胶的独特性能,采用水浴倾斜紫外光刻的方法,优化工艺参数,构造出主光轴平行于基底的球面微透镜阵列,其单个透镜的直径约为200μm。利用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)对微透镜的表面形貌及曲率半径进行测量,并搭建光学观测平台,测得透镜焦距并观察成像效果。经观测,所加工球面微透镜具有较好的表面形貌和成像效果。基于此方法加工的微透镜阵列,主光轴平行于基底,因而便于与其他光学系统进行片上集成,完成对光线的聚焦,最终实现光开关、扫描成像等功能。此微透镜阵列也将集成在微流式细胞仪上,用于样本流的荧光检测,可极大提高检测精度。     

紫外扫描线宽测量系统的研究

设计了一套紫外光学线宽测量系统用于微纳线宽、栅格的测量。在原有深紫外显微镜的基础上,设计了新的探测光路,在成像面设置针孔接收来自样品的光信号,用样品扫描方式来得到样品轮廓。该装置使用紫外光学检测设备减小对象的衍射尺寸,提高检测分辨率,使用激光干涉仪对被测线宽进行溯源。用白光CCD图像实现自动聚焦,确定待测线宽样板平面位置。采用压电陶瓷纳米台在轴向采取序列图像,用聚焦评价函数来判定聚焦清晰度。通过对多种自动聚焦算法性能的比较,采用小波分解自动聚焦算法。确定了紫外成像系统的小波基、分解层数、小波消失矩等参数。     

2021 IEEE EMC & SIPI and EMC Europe国际学术研讨会——提名文章(二)

<正>Auto Focus for Far Field Source Localization Using Emission Source Microscopy摘要：辐射源显微技术（ESM）是一种定位远场辐射源的有效技术。聚焦距离会影响图像质量,混淆辐射源的定位。本文采用图像处理中的自动聚焦方法,计算出具有最佳图像质量的聚焦距离。同时,计算局部源区域的对比度可显示出更好的抗噪性。这种ESM中的自聚焦算法可以方便地获得辐射源与扫描平面之间的精确距离,并可用于三维空间中的源定位。关键词：自动聚焦;远场源;辐射源显微技术辐射源显微技术（ESM）是一种有效的定位远场辐射和EMI问题辐射源的方法。在以往的ESM应用中,只能重建辐射源的二维位置,源与扫描平面的聚焦距离不能用ESM方法确定,需要由用户提供以生成源图像。本文通过计算图像的对比度,实现了自动获得ESM中的最佳聚焦距离。     

单根多模光纤数字扫描成像方法

针对现有多模光纤数字扫描成像方法,形成扫描聚焦光斑计算量大、速度慢的问题,提出了一种基于自适应并行坐标（Adaptive Parallel Coordinate,APC）算法的单根多模光纤数字扫描成像方法,通过控制多模光纤输入端的光场,在单根多模光纤出射端实现光斑的聚焦和扫描。建立了单根多模光纤数字扫描成像数学模型;采用自适应并行坐标算法对空间光调制器（Spatial Light Modulator,SLM）加载相位进行优化,有效缩短了扫描聚焦光斑的形成时间,提高了成像速度。实际生成3030个聚焦光斑,对50 m50 m范围的分辨率板进行扫描成像。实验证明,该方法实现了单根多模光纤对距离光纤端面60 m处平面内的目标成像,分辨率达到2.46 m。     

基于边缘增强引导滤波的光场全聚焦图像融合

受光场相机微透镜几何标定精度的影响,4D光场在角度方向上的解码误差会造成积分后的重聚焦图像边缘信息损失,从而降低全聚焦图像融合的精度。该文提出一种基于边缘增强引导滤波的光场全聚焦图像融合算法,通过对光场数字重聚焦得到的多幅重聚焦图像进行多尺度分解、特征层决策图引导滤波优化来获得最终全聚焦图像。与传统融合算法相比,该方法对4D光场标定误差带来的边缘信息损失进行了补偿,在重聚焦图像多尺度分解过程中增加了边缘层的提取来实现图像高频信息增强,并建立多尺度图像评价模型实现边缘层引导滤波参数优化,可获得更高质量的光场全聚焦图像。实验结果表明,在不明显降低融合图像与原始图像相似性的前提下,该方法可有效提高全聚焦图像的边缘强度和感知清晰度。     

基于机器视觉的激光焊接焊缝智能检测研究

为了优化激光焊接质量,设计了基于机器视觉的激光焊接焊缝智能检测方法。首先利用机器视觉技术设计扫描成像单元,在获得基础的激光焊接焊缝图像后,对图像实施离焦误差校正处理。然后在补偿图像缺陷的基础上,对激光焊接焊缝图像作放大处理,设计扩束准直光路与动态聚焦光路识别焊缝特征信息,从而完成对焊缝的智能检测。实验结果表明：该方法可以能够获得更有效的焊缝信息,有利于提高激光焊接质量。     

慢扫描电视技术

在某些场合人们只需要定期地观察图像的内容,而不需重视图像内容的“动感”,例如在车站、港口、机场或在恶劣环境（如化工、石油、森林防火等）场合的监测,以及快速传递图像资料（如文物图片、气象资料等）时,对图像实时传输的要求相对较低,可以用较慢的速率进行传输,此时便可采用慢扫描电视技术,它是一种静止图像传输技术。一、慢扫描电视系统的结构及基本原理慢扫描电视系统的结构如图1所示,它由发送和接收两部分所组成。发送部分主要由7种设备组成,即：（1）光学系统。它用来聚焦、摄像和形成扫描点;（2）扫描设备。它可使光点…     

优化大鼠肺动脉平滑肌细胞骨架F-actin图像的激光共聚焦显微技术

目的:优化大鼠肺动脉平滑肌细胞(PASMCs)骨架蛋白F-actin图像的激光共聚焦显微技术.方法:采用不同浓度梯度的荧光染料及不同孵育条件,应用激光共聚焦显微扫描技术对PASMCs细胞骨架F-actin进行形态学现察.结果:终浓度10 mg/mL FITC-鬼笔环肽及10 mg/mL PI,分别染色30 min,并经...     

一种用于光学薄膜表面无损表征的原子力显微镜

研制了一种用于大面积光学薄膜表面无损表征的新型原子力显微镜(AFM)。利用开放式样品台及探头系统可检测大尺寸、大重量的样品。样品最大尺寸可达600 mm×1000 mm。利用X、Y方向上的步进电机可实现探头在大尺寸样品表面任意位置的定位。另外还设计了优化的光点跟踪光路以实现大范围扫描成像,在扫描范围和反馈范围增大的同时,保持了较高的精度。利用步进电机和扫描器配合扫描,可得到序列图像,通过序列图像的拼接可获得更大范围的扫描图像。本文中测试了三种大面积薄膜样品,实验结果表明,单幅扫描图像最大范围达20 μm×20 μm,同时保持高的横向及纵向分辨率。     

基于Q-Shift DT-CWT的多聚焦图像融合研究

提出了一种基于Q-Shift双树复小波变换的多聚焦图像融合算法.根据多聚焦图像的成像特点和变换后的高低频系数相关性,对高频系数采用＂模值绝对值和取大＂和对低频系数采用＂局部区域标准方差取大＂的融合准则,并对高频融合系数进行一致性检测,以实现尽可能直接选择源图像中的清晰区域系数作为融合图像对应位置的系数.实验结果表明,该融合方法获得了很好的融合效果,与小波变换相比,充分显示了近似的平移不变性和良好方向选择性等特性.