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CN116736510B - 一种显微成像系统和样品角度识别的显微成像方法 - Google Patents

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CN116736510B CN202311020204.7A CN202311020204A CN116736510B CN 116736510 B CN116736510 B CN 116736510B CN 202311020204 A CN202311020204 A CN 202311020204A CN 116736510 B CN116736510 B CN 116736510B
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Abstract

一种显微成像系统和样品角度识别的显微成像方法，首先，在激发光的光路中加入了偏振旋转装置，其能够对激发光进行偏振调制，以使偏振调制后的激发光在预设的角度范围内偏振旋转；其次，通过分束装置将偏振调制后的激发光分为两路，一路用于后续的样品成像，另一路则用于偏振检测，以对偏振调制后的激发光的偏置角度变化信息进行检测；最后，还可以通过偏振检测装置获取多条模型特征曲线，每条模型特征曲线对应于一个角度，将模型特征曲线和样品成像获取的样本特征曲线进行误差对比，将与样品特征曲线的误差最小的一条模型特征曲线对应的角度作为样品中待分析对象的角度信息，继而确定样品中待分析对象的角度信息。

Description

一种显微成像系统和样品角度识别的显微成像方法
技术领域
本发明涉及显微成像技术，具体涉及一种显微成像系统和样品角度识别的显微成像方法。
背景技术
近年来，显微成像技术的飞速发展极大地推动了生命科学、材料科学等众多领域的进步。其中，光学显微成像技术因其无损性、特异性和较高时空分辨率等优点已经成为各领域研究微观尺度特性的重要工具。例如，荧光显微镜通过荧光探针研究生物样本，可以实现亚细胞器级别空间分辨率和毫秒级别时间分辨率的观测。但是，仅通过荧光强度信息对复杂生物系统的表征能力是有限的。例如，在研究造成帕金森病的α-突触核蛋白聚集过程时，仅通过荧光强度不能将非聚集蛋白高表达区域与蛋白聚集区域区分开。而通过二维偏振角度成像可以区分预先形成的非聚集和聚集形式的区域。此外，通过引入偏振角度调制还可以实现超分辨显微成像技术的开发。因此，在传统光学显微镜的基础上开发具备偏振角度分辨能力的显微成像技术对研究复杂生物体系的性质具有重要的意义。
作为微观尺度下常见的材料之一，金属纳米材料自出现以来已经在许多科学领域发挥了重要的应用。在生物学和医学领域，金属纳米材料可以用于生物传感器、药物传递、医学或生物成像以及光热疗法等众多方面。例如，结合生物传感器和生物成像技术，研究金属纳米棒在细胞膜上的平移动态和旋转动态等性质，对于理解细胞机制和推进药物释放、光热治疗、免疫治疗等生物纳米技术具有重要意义。金属纳米棒是常用于生物体系研究中的金属纳米材料，其通常是非荧光的，需要借助暗场显微镜或者微分干涉对比显微镜进行成像和定位。并且，为了满足特需的研究目的和研究方法，其尺寸一般设计为100 nm甚至更小，这严重超出了传统光学显微镜的分辨率极限。仅通过暗场显微镜和微分干涉对比显微镜难以准确的表征出金属纳米棒的角度分布情况。目前常见的金属纳米棒形态表征方法为扫描电子显微镜、透射电子显微镜和原子力显微镜等。虽然这些显微镜技术具有超高的空间分辨能力，但它们却难以应用于生物样本，特别是活细胞的动态研究中。并且，电子显微镜的成本昂贵、技术难度高、实现原理复杂，对生物学家、医学专家等不同领域的研究人员的推广度和适用度差。由于金属纳米棒的长轴和短轴对特定波长偏振光的吸收能力不同，根据这一特性，已经有一些研究者尝试在光学显微镜的基础上开发具备角度分辨能力的成像方法。这些方法除了可以识别金属纳米棒的角度以外，还可以有效识别对偏振光有选择性响应的样品角度信息。现有的一些技术将传统的光学显微镜与偏振成像技术相结合，成功实现了示踪金纳米棒在细胞膜上的平移和旋转扩散；α-突触核蛋白聚集区域与高表达区域的区分；偏振调制超分辨荧光显微成像技术的开发等。这些研究可以很好地表征细胞的精细结构、动态相互作用等，能够在另一个维度揭示细胞的动态机制。总之，开发具备角度分辨能力的光学显微成像技术，将推动生命科学、材料科学等多个领域的进步和发展。
然而，现有的许多偏振成像方案仍存在光学系统复杂、设备昂贵、成像数据分析难度大等缺陷。
发明内容
本发明提供了一种显微成像系统和样品角度识别的显微成像方法，能够对样品的角度进行准确识别，且成像系统结构简单、数据分析难度小。
根据第一方面，一种实施例中提供一种显微成像系统，包括：
载物台，用于承载样品，所述样品中的待分析对象具有偏振光响应；
光源，用于提供激发所述样品的激发光；
偏振旋转装置，用于对所述激发光的偏振角度进行调制，得到偏振调制后的激发光；所述偏振调制后的激发光的偏振角度在预设角度范围内连续周期性循环变化；
分束装置，用于将所述偏振调制后的激发光分为两路，其中，一路为第一激发光，另一路为第二激发光；
成像装置，用于检测所述样品中的待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的强度；其中，所述荧光或反射光的强度与所述第一激发光的偏振角度相关；
偏振检测装置，用于检测第二激发光的偏振角度变化信息，以获取所述偏振调制后的激发光的偏振变化信息。
根据第二方面，一种实施例中提供一种样品角度识别的显微成像方法，应用于如上述实施例所述的显微成像系统，所述方法包括：
对光源发射的激发光的偏振角度进行调制，输出偏振调制后的激发光；所述偏振调制后的激发光的偏振角度在预设角度范围内连续周期性循环变化；
获取成像装置检测的所述样品中的待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的强度，得到样品特征曲线；
在第二偏振片的偏振角度位于多个不同角度情况下，获取所述偏振检测装置检测的第二激发光的偏振角度变化信息，得到多条模型特征曲线；其中，所述模型特征曲线与所述第二偏振片的角度一一对应；
将每条模型特征曲线与所述样品特征曲线进行误差计算，将与所述样品特征曲线的误差最小的一条模型特征曲线对应的角度作为样品中待分析对象的角度信息，输出所述样品中待分析对象的角度信息。
依据上述实施例的显微成像系统和样品角度识别的显微成像方法，首先，在激发光的光路中加入了偏振旋转装置，其能够对激发光进行偏振调制，以使偏振调制后的激发光在预设的角度范围内偏振旋转；其次，通过分束装置将偏振调制后的激发光分为两路，一路用于后续的样品成像，另一路则用于偏振检测，以对偏振调制后的激发光的偏置角度变化信息进行检测；最后，还可以通过偏振检测装置获取多条模型特征曲线，每条模型特征曲线对应于一个角度，将模型特征曲线和样品成像获取的样本特征曲线进行误差对比，将与样品特征曲线的误差最小的一条模型特征曲线对应的角度作为样品中待分析对象的角度信息，继而确定样品中待分析对象的角度信息。
附图说明
图1为本发明实施例的一种显微成像系统的结构示意图；
图2为一种实施例的显微成像系统的光学结构示意图；
图3为一种实施例的识别样品中金属纳米棒角度的流程示意图；
图4为极坐标和笛卡尔坐标下偏振旋转器对输入电压的角度偏转响应示意图；
图5为多条不同角度的模型特征曲线示意图；
图6为本发明实施例的一种样品角度识别的显微成像方法流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
在本发明实施例中，首先，在激发光的光路中加入了偏振旋转装置，其能够对激发光进行偏振调制，以使偏振调制后的激发光在预设的角度范围内偏振旋转；其次，通过分束装置将偏振调制后的激发光分为两路，一路用于后续的样品成像，另一路则用于偏振检测，以对偏振调制后的激发光的偏置角度变化信息进行检测；最后，还可以通过偏振检测装置获取多条模型特征曲线，每条模型特征曲线对应于一个角度，将模型特征曲线和样品成像获取的样本特征曲线进行误差对比，将与样品特征曲线的误差最小的一条模型特征曲线作为样品中待分析对象的角度信息，继而确定样品中待分析对象的角度信息。
请参考图1，本发明实施例提供了一种显微成像系统，显微成像系统可以包括：载物台101、光源102、滤波和扩束装置103、偏振旋转装置104、分束装置105、成像装置106和偏振检测装置107，下面详细说明。
载物台101用于承载样品，样品中的待分析对象具有偏振光响应。其中，待分析对象具有偏振光响应是指待分析对象在受不同偏振角度的偏振光激发后发出具有不同光强度的光，后续再通过分析激发后的光强信息，可以确定待分析对象的一些信息；例如，以典型的偏振光响应样品金属纳米棒为例，通过检测偏振调制照明条件下的金属纳米棒散射信号，可以从中分析出该金属纳米棒的空间角度信息，进而得到其周围的环境变化信息等。
在一些实施例中，样品可以为包含有金属纳米棒的样品，还可以为包含有荧光分子的样品，或者，具有偏振响应的样品均可。
光源102用于提供激发样品的激发光。本实施例中的光源102可以为激光器，激光器能够产生不用波长的连续激光。
滤波和扩束装置103位于光源102和偏振旋转装置104之间的光路上，用于对光源102发出的激发光进行滤波和扩束。为了提高光斑的质量，对光源102发出的激发光进行滤波和扩束处理。
偏振旋转装置104用于对滤波和扩束处理后的激发光的偏振角度进行调制，得到偏振调制后的激发光；偏振调制后的激发光的偏振角度在预设角度范围内连续周期性循环变化。也即是，将光源102发出的激发光调制为在预设角度范围内偏振旋转的激发光，其中，在预设角度范围内的偏振旋转可以为等间隔旋转，也可以为非等间隔旋转。
分束装置105用于将偏振调制后的激发光分为两路，其中，一路为第一激发光，另一路为第二激发光。需要说明的是，两路激发光具有相同的偏振角度信息。
成像装置106用于检测样品中的待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的强度；其中，荧光或反射光的强度与第一激发光的偏振角度相关。需要说明的是，本实施例中的待分析对象可以为两大类，一类为样品中的金属纳米棒，金属纳米棒受第一激发光激发后会发出反射光，另一类为样品中的荧光分子，荧光分子受第一激发光激发后会发出荧光。在一些实施例中，激发后发出的荧光或反射光经传输光路后到达相机以进行成像。
偏振检测装置107用于检测第二激发光的偏振角度变化信息，以获取偏振调制后的激发光的偏振变化信息。由于第二激发光与第一激发光具有相同的偏振角度信息，因此通过检测第二激发光的偏振角度变化信息，即可获取到用于成像的第一激发光的偏振角度变化信息。
基于上述显微成像系统的各个模块装置，请参考图2，本发明实施例还提供了具体的光学结构图，其用于对样品中的金属纳米棒进行显微成像。
激光器产生不同波长的连续激光，能够满足对不同尺寸金属纳米棒的观测需求。在本实施例中，激光器产生的激光即为光源102提供的激发光。
激光器产生的激发光经过两个反射镜（M1、M2）的反射后到达滤波和扩束装置103，滤波和扩束装置103包括第一透镜L1、第二透镜L2和光学小孔PH，其用于对激光器产生的激发光进行滤波和扩束处理，以提高光斑质量。
经过滤波和扩束处理后的激发光到达偏振旋转装置104，偏振旋转装置104包括第一偏振片PL1和偏振旋转器LC，通过调节第一偏振片PL1的偏振角度，使得经过第一偏振片PL1的激发光的偏振方向与偏振旋转器LC的光轴方向匹配，从而最大化地发挥偏振旋转器LC的偏振调制功能。偏振旋转器LC用于根据施加在其上的电信号的大小，对激发光的偏振角度进行调制，以使偏振调制后的激发光的偏振角度在预设角度范围内连续周期性循环变化；其中，激发光的偏振角度按照施加在其上的电信号从小到大的顺序呈递增趋势；电信号包括方波信号或直流电压信号。这样，经过第一偏振片PL1的激发光再经过偏振旋转器LC进行偏振调制后，得到在预设角度范围内偏振旋转的激发光。
偏振调制后的激发光再经过分束装置105分为两束，分束装置105包括非偏振分束镜BS1，非偏振分束镜BS1可以在不破坏激发光的偏振状态的情况下将一束激发光分成两束，即一束为第一激发光，另一束为第二激发光。
第一激发光通过反射镜M3到达成像装置106进行样品的显微成像，其中，成像装置106包括第四透镜L4、非偏振分束镜BS2、反射镜M4、物镜OL、z轴微米位移台MSz、xy轴微米位移台MSxy、滤光片F、第五透镜L5和相机sCMOS，第一激发光依次经过第四透镜L4、非偏振分束镜BS2、反射镜M4、物镜OL后以宽场形式照射到样品，并对样品中的金属纳米棒进行激发后发出反射光，反射光再经过反射镜M4、非偏振分束镜BS2、滤光片F、第五透镜L5后被相机sCMOS采集，在相机sCMOS可以记录样品反射光的光强变化动态。其中，z轴微米位移台MSz和xy轴微米位移台MSxy由控制器进行控制，本实施例中的相机sCMOS为高速相机。需要说明的是，上述成像装置106为现有的显微成像系统的成像光路结构，其具体原理本实施例不再赘述。
第二激发光通过偏振检测装置107对第二激发光的偏振变化进行检测，由于第二激发光与第一激发光具有相同的偏振变化，因此，偏振检测装置107也是在对第一激发光的偏振变化进行检测。偏振检测装置107包括第二偏振片PL2、第三透镜L3、雪崩光电二极管APD和现场可编程门阵列FPGA，第二偏振片PL2用于辅助雪崩光电二极管APD检测第二激发光的光强；其中：
在一些实施例中，随着第二激发光的偏振方向与第二偏振片PL2的偏振方向从平行到垂直的过程，经过第二偏振片PL2后的第二激发光的光强从最大到最小进行变化；也就是，当第二激发光的偏振方向与第二偏振片PL2的偏振方向平行时，通过第二偏振片PL2的第二激发光的光强具有最大值；当第二激发光的偏振方向与第二偏振片PL2的偏振方向垂直时，通过第二偏振片PL2的第二激发光的光强具有最小值。
第三透镜L3用于将经过第二偏振片PL2后的第二激发光聚焦至雪崩光电二极管APD的中心。
雪崩光电二极管APD用于将经过第二偏振片PL2后的第二激发光的光强变化信息转换为对应的具有偏振角度信息的电信号。由于第二激发光是偏振旋转的光，再经过第二偏振片PL2时，当第二激发光的偏振方向与第二偏振片PL2的偏振方向平行时，雪崩光电二极管APD检测到的光强最大，当第二激发光的偏振方向与第二偏振片PL2的偏振方向垂直时，雪崩光电二极管APD检测到的光强最小，这样，随着第二激发光的偏振旋转，雪崩光电二极管APD检测到的光强呈动态变化，又由于光强与偏振角度相关，从而可以检测到第二激发光的偏振角度的动态变化信息。
现场可编程门阵列FPGA用于读取并记录具有偏振角度信息的电信号，确定第二激发光的偏振角度变化信息。
此外，由于偏振旋转器LC的偏振旋转角度与施加在其上的电压相关，本实施例通过现场可编程门阵列FPGA生成施加在偏振旋转器LC上的周期性方波电压，以控制偏振旋转器LC对激发光的偏振角度进行调制。
在另一些实施例中，申请人利用第二激发光在经过第二偏振片PL2时对于不同偏振角度的第二偏振片PL2会具有不同光强的特性，通过旋转该第二偏振片PL2模拟空间中不同角度的金属纳米棒，在第二偏振片位于不同偏振角度的情况下，雪崩光电二极管APD和现场可编程门阵列FPGA还用于获取第二偏振片位于不同偏振角度下的第二激发光的偏振角度变化信息，以得到多条模型特征曲线，每条模型特征曲线对应一个偏振角度下的第二激发光的偏振角度变化信息。
基于上述显微成像系统的光学结构，本发明实施例还提供了一种识别样品中金属纳米棒角度流程，请参考图3，具体流程如下：
（1）利用偏振旋转器LC对激光器发出的激发光进行偏振调制。
偏振旋转器LC对偏振方向平行于其光轴的入射光具有偏转调制功能，通过施加方波或直流电压可以实现入射光偏振方向的偏转。偏振旋转器对输入电压的角度偏转响应如图4中的（1）所示，可以看出，随着偏转角度增加需要的输入电压逐级增大，同时响应时间也随之增长。因此为了降低偏振旋转器的响应时间，本实施例使用现场可编程门阵列FPGA生成周期变化的方波电压，幅值范围为1.1-2.1 V，方波频率为500 Hz，电压变化步长0.1 V，每步长电压变化时间5-50 ms可调，方波电压幅值始终从1.1 V到2.1 V再到1.1 V进行循环，在该范围内偏振旋转器的角度偏转基本为线性变化，如图4中的（2）所示。偏振调制后的激发光的偏振角度可以从0°偏转到171°，并且在两个0°到171°之间连续、周期性循环变换。金属纳米棒可以被近似为偶极子，只有当激发光偏振方向与其长轴方向匹配时才能产生最强的信号。根据马吕斯定律：I=I_0cos(θ)，当激发光偏振方向与其长轴方向呈一个夹角θ时，产生的信号强度I与初始强度I_0之间满足余弦关系。随着角度增加，信号强度将逐渐降低，直至θ=90°时信号强度降低为0。因此，不同角度的金属纳米棒被偏振调制后的激发光激发时，所产生的周期性强度变化信号含有明确的角度特征。
（2）获取时间序列的样品图像。
相机sCMOS对金属纳米棒的反射光进行高速拍摄，可以以获得高时间分辨率的时间序列图像。在较小的成像区域内，高速相机的数据传输时间小于500微秒。考虑曝光时间和信噪比之间的平衡，本实施例中的高速相机可以达到5毫秒每帧的时间分辨能力。在极佳的样品信噪比优化下，时间分辨率可以达到3毫秒每帧，在本实施例中，极高的时间分辨率可以满足偏振旋转器高速旋转条件下的信号测量。
（3）确定样品图像中的金属纳米棒对应的位置。
先对时间序列样品图像进行预处理（ImageJ），从而确定样品图像中单个金属纳米棒的位置。随后，选取以光强分布中心为圆心，N个像素点为半径的圆形区域进行后续分析，进而方便后续对单个金属纳米棒光强变化特征曲线的提取。本实施例中的N取10，在其他实施例中，N可以根据实际情况进行调整。
（4）获取样品特征曲线。
对所选取的圆形区域进行光强随时间变化分析，绘制光强变化曲线，将光强变化曲线作为样品特征曲线。
（5）获取多条模型特征曲线，以及从多条模型特征曲线中选取一条模型特征曲线用于金属纳米棒的角度识别。
①第二偏振片PL2选用消光比为1000：1的线偏振片作为“模型偶极子”，通过旋转第二偏振片PL2模拟空间中不同角度的金属纳米棒。②测量“模型偶极子”在偏振调制后的激发光下的特征曲线，通过旋转第二偏振片PL2，从0°到180°间隔10°测量了19条不同角度的模型特征曲线，分别如图5中的（1）、（2）所示。显然，“模型偶极子”表现出多峰的周期性变化，其中每个角度对应唯一的曲线波形，并且相邻角度之间的曲线波形差异足够大，完全可以满足10°的角分辨率。③将采集到的金属纳米棒特征曲线与每一条模型特征曲线进行对比，在对比时截取两条曲线的合适片段计算均方根误差（RMSE），枚举所有模型特征曲线的片段得到与金属纳米棒特征曲线之间均方根误差最小的一条模型特征曲线，将误差最小的一条模型特征曲线对应的角度作为待识别角度的金属纳米棒的角度信息输出。由此，识别样品图像中每一个金属纳米棒的角度信息可以构建角度分布图像，并可以帮助探测一片区域内金属纳米棒的角度分布情况；并且，进一步提高了时间分辨率，可以进行金属纳米棒旋转动态的监测；此外，将金属纳米棒作为环境探针，通过分析其角度变化可以进一步分析周围环境的变化；若金属纳米棒与细胞膜结合，还可以探测细胞膜的各种生物过程和性质等。
上述实施例提供了金属纳米棒的角度识别方法可以在处理器中进行实现，处理器与相机cMOS和现场可编程门阵列FPGA均信号连接。
本领域人员可以理解的是，本实施例提供的方法还可以识别样品中荧光分子在空间中的角度分布情况，当用一束线偏振光激发荧光分子时，只有激发光的偏振方向与荧光分子的跃迁偶极矩方向匹配（平行）时，荧光分子才能吸收该光子。若该线偏振光的偏振方向与荧光分子的跃迁偶极矩方向垂直，则荧光分子不会吸收该光子。这是荧光分子的“光选律”，几乎所有常见的荧光分子均具有该性质，因此与金属纳米棒的识别方法一致，通过使用上述实施例提出的角度识别方法，可以有效地识别荧光分子的跃迁偶极矩方向。荧光分子的跃迁偶极矩方向通常是固定的，因此通过检测跃迁偶极矩的方向便可以得知荧光分子在空间中的角度分布情况。
基于上述显微成像系统对样品中待分析对象（金属纳米棒、荧光分子）的角度识别流程，请参考图6，本发明实施例还提供了一种样品角度识别的显微成像方法，该方法在处理器中执行，并应用于上述实施例提供的显微成像系统，样品角度识别的显微成像方法包括步骤201至步骤204，下面详细说明。
步骤201：对光源102发射的激发光的偏振角度进行调制，输出偏振调制后的激发光；偏振调制后的激发光的偏振角度在预设角度范围内连续周期性循环变化。
步骤202：获取成像装置106检测的样品中的待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的强度，得到样品特征曲线。
其中，获取成像装置检测的所述样品中的待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的强度，得到样品特征曲线包括：
步骤2021：获取时间序列的样品图像，在时间序列的样品图像中，选取以光强分布中心为圆心，预设数量的像素点为半径的圆形区域。
步骤2022：对所选取的圆形区域进行光强随时间变化分析，绘制光强变化曲线，将光强变化曲线作为样品特征曲线。
步骤203：获取多条模型特征曲线。多条模型特征曲线为第二偏振片PL2位于多个不同偏振角度下的第二激发光的偏振角度变化信息。
步骤204：将每条模型特征曲线与样品特征曲线进行误差计算，将与样品特征曲线的误差最小的一条模型特征曲线对应的角度作为样品中待分析对象的角度信息，输出样品中待分析对象的角度信息。
需要说明的是，上述方法步骤的具体实施方式已在上述实施例中进行了详细说明，此处不再重复说明。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (11)

1.一种显微成像系统，其特征在于，包括：
载物台，用于承载样品，所述样品中的待分析对象具有偏振光响应；
光源，用于提供激发所述样品的激发光；
偏振旋转装置，用于对所述激发光的偏振角度进行调制，得到偏振调制后的激发光；所述偏振调制后的激发光的偏振角度在预设角度范围内连续周期性循环变化；
分束装置，用于将所述偏振调制后的激发光分为两路，其中，一路为第一激发光，另一路为第二激发光；
成像装置，用于检测所述样品中的待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的强度；其中，所述荧光或反射光的强度与所述第一激发光的偏振角度相关；
偏振检测装置，用于检测第二激发光的偏振角度变化信息，以获取所述偏振调制后的激发光的偏振变化信息；其中，所述偏振检测装置包括：第二偏振片，所述第二激发光经过所述第二偏振片；在所述第二偏振片位于不同偏振角度的情况下，所述偏振检测装置用于检测第二偏振片位于不同偏振角度下的第二激发光的偏振角度变化信息，以得到多条模型特征曲线，每条模型特征曲线对应一个偏振角度下的第二激发光的偏振角度变化信息；
处理器，用于：
获取所述成像装置检测的所述样品中的待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的强度，得到样品特征曲线；
获取所述偏振检测装置检测的所述多条模型特征曲线；
将每条模型特征曲线与所述样品特征曲线进行误差计算，将与所述样品特征曲线的误差最小的一条模型特征曲线对应的偏振角度作为样品中待分析对象的角度信息，输出所述样品中待分析对象的角度信息。
2.如权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述偏振旋转装置包括：
偏振旋转器，用于根据施加在其上的电信号的大小，对所述激发光的偏振角度进行调制，以使偏振调制后的激发光的偏振角度在预设角度范围内连续周期性循环变化；其中，所述激发光的偏振角度按照施加在其上的电信号从小到大的顺序呈递增趋势；所述电信号包括方波信号或直流电压信号。
3.如权利要求2所述的显微成像系统，其特征在于，所述偏振旋转装置还包括：
第一偏振片，在所述激发光的光束方向上，所述第一偏振片位于所述偏振旋转器的前方，用于调节所述激发光的偏振方向，以使所述激发光的偏振方向与所述偏振旋转器的光轴方向相匹配。
4.如权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述分束装置包括：非偏振分束镜。
5.如权利要求2所述的显微成像系统，其特征在于，所述偏振检测装置还包括：第三透镜、雪崩光电二极管和现场可编程门阵列；所述第二激发光依次经过第二偏振片、第三透镜后射向所述雪崩光电二极管；
所述第二偏振片用于辅助所述雪崩光电二极管检测第二激发光的光强；其中，随着第二激发光的偏振方向与第二偏振片的偏振方向从平行到垂直的过程，经过第二偏振片后的第二激发光的光强从最大到最小进行变化；
所述第三透镜用于将经过第二偏振片后的第二激发光聚焦至雪崩光电二极管的中心；
所述雪崩光电二极管用于将经过第二偏振片后的第二激发光的光强变化信息转换为对应的具有偏振角度信息的电信号；
所述现场可编程门阵列用于读取并记录所述具有偏振角度信息的电信号，确定所述第二激发光的偏振角度变化信息；
所述现场可编程门阵列还用于生成施加在所述偏振旋转器上的周期性方波电压，以控制所述偏振旋转器对所述激发光的偏振角度进行调制。
6.如权利要求5所述的显微成像系统，其特征在于，所述第二偏振片还用于模拟样品模型；
在所述第二偏振片位于不同偏振角度的情况下，所述雪崩光电二极管和现场可编程门阵列还用于获取第二偏振片位于不同偏振角度下的第二激发光的偏振角度变化信息，以得到多条模型特征曲线。
7.如权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述成像装置包括相机，所述相机用于对样品中待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的光强变化进行拍摄，以获取时间序列的样品图像；
获取所述成像装置检测的所述样品中的待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的强度，得到样品特征曲线包括：
获取所述时间序列的样品图像，在时间序列的样品图像中，选取以光强分布中心为圆心，预设数量的像素点为半径的圆形区域；
对所选取的圆形区域进行光强随时间变化分析，绘制光强变化曲线，将所述光强变化曲线作为样品特征曲线。
8.如权利要求1至7中任一项所述的显微成像系统，其特征在于，还包括：
滤波和扩束装置，位于光源和偏振旋转装置之间的光路上，用于对所述激发光进行滤波和扩束。
9.一种样品角度识别的显微成像方法，应用于显微成像系统，其特征在于：
所述显微成像系统包括：
载物台，用于承载样品，所述样品中的待分析对象具有偏振光响应；
光源，用于提供激发所述样品的激发光；
偏振旋转装置，用于对所述激发光的偏振角度进行调制，得到偏振调制后的激发光；所述偏振调制后的激发光的偏振角度在预设角度范围内连续周期性循环变化；
分束装置，用于将所述偏振调制后的激发光分为两路，其中，一路为第一激发光，另一路为第二激发光；
成像装置，用于检测所述样品中的待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的强度；其中，所述荧光或反射光的强度与所述第一激发光的偏振角度相关；
偏振检测装置，用于检测第二激发光的偏振角度变化信息，以获取所述偏振调制后的激发光的偏振变化信息；其中，所述偏振检测装置包括：第二偏振片，所述第二激发光经过所述第二偏振片；
其中，所述方法包括：
对所述光源发射的激发光的偏振角度进行调制，输出偏振调制后的激发光；所述偏振调制后的激发光的偏振角度在预设角度范围内连续周期性循环变化；
获取所述成像装置检测的所述样品中的待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的强度，得到样品特征曲线；
在所述第二偏振片的偏振角度位于多个不同角度情况下，获取所述偏振检测装置检测的第二激发光的偏振角度变化信息，得到多条模型特征曲线；其中，所述模型特征曲线与所述第二偏振片的偏振角度一一对应，每条模型特征曲线对应一个偏振角度下的第二激发光的偏振角度变化信息；
将每条模型特征曲线与所述样品特征曲线进行误差计算，将与所述样品特征曲线的误差最小的一条模型特征曲线对应的偏振角度作为样品中待分析对象的角度信息，输出所述样品中待分析对象的角度信息。
10.如权利要求9所述的显微成像方法，其特征在于，所述成像装置包括相机，所述相机用于对样品中待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的光强变化进行拍摄，以获取时间序列的样品图像；
获取所述成像装置检测的所述样品中的待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的强度，得到样品特征曲线包括：
获取所述时间序列的样品图像，在时间序列的样品图像中，选取以光强分布中心为圆心，预设数量的像素点为半径的圆形区域；
对所选取的圆形区域进行光强随时间变化分析，绘制光强变化曲线，将所述光强变化曲线作为样品特征曲线。
11.一种样品角度识别的显微成像方法，应用于如权利要求1-8中任一项所述的显微成像系统，其特征在于，所述方法包括：
对光源发射的激发光的偏振角度进行调制，输出偏振调制后的激发光；所述偏振调制后的激发光的偏振角度在预设角度范围内连续周期性循环变化；
获取成像装置检测的所述样品中的待分析对象受第一激发光激发后发出的荧光或反射光的强度，得到样品特征曲线；
在第二偏振片的偏振角度位于多个不同角度情况下，获取所述偏振检测装置检测的第二激发光的偏振角度变化信息，得到多条模型特征曲线；其中，所述模型特征曲线与所述第二偏振片的偏振角度一一对应，每条模型特征曲线对应一个偏振角度下的第二激发光的偏振角度变化信息；
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