CN117368174A - 成像***及成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成像***及成像方法，用于基因测序仪，包括光源组件、载物台和成像组件。光源组件能够发射多种激发光，载物台设置于光源组件光路上，载物台承载有待测样品，每种激发光照射至待测样品以激发一种沿第一方向延伸的条纹状荧光，成像组件用于接收多个位置的条纹状荧光，每个位置包括多种条纹状荧光，多个位置的同一个所述条纹状荧光生成一个面区域的条纹荧光图像，条纹状荧光在条纹荧光图像上形成条纹荧光区，每种条纹荧光图像的条纹荧光区的延伸方向不同，多个条纹荧光图像重建成超分辨图像。

Description

成像***及成像方法

技术领域

本申请涉及基因测序技术领域，更具体而言，涉及一种成像***及成像方法。

背景技术

基因测序仪在基因测序过程中对芯片中ATCG四种碱基进行检测。通常，由于芯片上的数据量密度越高使得检测成本越低，而高密度的芯片的检测需要配合更高分辨率的基因测序仪，使得基因测序仪需要采用超分辨的光学手段来实现。

基因测序仪的成像***可采用结构光照明超分辨显微镜来实现更高分辨率成像，目前，广泛采用的结构光照明超分辨显微镜成像方案，主要基于面阵成像，但由于在面成像模式下，每切换一个视场，样品载物台均需要启停一次，耗时较长。且扫描成像时还需考虑图像拼接，成像边界可能需要重叠扫描以保持较好的成像效果，从而进一步延长了扫描时间。

相关技术中，可通过线扫描结构光照明超分辨显微成像方法解决上述问题，但现有的线扫描超分辨显微镜照明实施方案，难以满足二维平面上各个方向的分辨率提升。

发明内容

本申请实施方式提供一种可以满足二维平面上各个方向的分辨率提升的成像***及成像方法。

本申请实施方式的一种成像***，用于基因测序仪，包括：

光源组件，能够发射多种激发光；

载物台，设置于所述光源组件光路上，所述载物台承载有待测样品，每种所述激发光照射至所述待测样品以激发一种沿第一方向延伸的条纹状荧光；

成像组件，所述成像组件用于接收多个位置的所述条纹状荧光，每个位置包括多种所述条纹状荧光，多个位置的同一个所述条纹状荧光生成一个面区域的条纹荧光图像，所述条纹状荧光在所述条纹荧光图像上形成条纹荧光区，每种所述条纹荧光图像的所述条纹荧光区的延伸方向不同，多个所述条纹荧光图像重建成超分辨图像。

在某些实施例中，所述条纹荧光图像有三种，三种所述条纹荧光图像的三个所述条纹荧光区的延伸方向与第一方向的夹角分别为0°、120°和240°。

在某些实施例中，所述光源组件包括激光发射器和空间光调制器，所述激光发射器用于发射激光，所述空间光调制器用于衍射所述激光，所述光源组件还包括多个汇聚镜，所述汇聚镜用于调节和整理所述激光。

在某些实施例中，所述光源组件还包括光阑，所述光阑位于光路上，所述光阑上具有多个通光孔，所述光阑使部分衍射后的所述激光从不同所述通光孔通过。

在某些实施例中，所述通光孔包括第一通光孔、第二通光孔、第三通光孔和第四通光孔，所述第一通光孔、第二通光孔、第三通光孔和第四通光孔沿直线依次设置，所述第一通光孔到所述第二通光孔的距离与所述第三通光孔到所述第四通光孔的距离相等，所述第一通光孔到所述第四通光孔的距离是所述第二通光孔到所述第三通光孔的距离的二倍。

在某些实施例中，所述第二通光孔与所述第三通光孔关于所述激发光的光轴对称，所述第一通光孔与所述第四通光孔关于所述激发光的光轴对称。

在某些实施例中，所述载物台连接有驱动组件，所述驱动组件驱动所述载物台沿所述第一方向移动，所述成像***还包括控制组件，所述控制组件控制所述驱动组件驱动所述载物台沿所述第一方向移动并控制所述成像组件接收条纹荧光图像，以使多个所述条纹荧光图像的条纹荧光区有多个不同的延伸方向。

在某些实施例中，所述成像***还包括第一二向色镜和物镜，所述物镜用于收集所述荧光并将所述荧光传送至所述第一二向色镜，所述第一二向色镜用于将所述激发光反射至所述待测样品，并用于将所述条纹状荧光透射至所述成像组件。

在某些实施例中，所述成像组件包括多个第二二向色镜，所述多个第二二向色镜将所述荧光分配至多个成像通道，所述第二二向色镜位于所述成像通道与所述第一二向色镜之间，每个所述成像通道均包括筒镜和线阵相机，所述筒镜用于汇集所述荧光至所述线阵相机，所述线阵相机用于接收所述荧光。

本申请实施方式提供一种成像***的成像方法，用于基因测序仪，所述成像***包括光源组件、载物台和成像组件，所述载物台上承载有待测样品，所述成像方法包括：

通过所述光源组件发射激发光，以照射至所述待测样品上而激发沿第一方向延伸的条纹状荧光；

通过所述成像组件接收所述条纹状荧光的多个位置的成像以生成面区域的条纹荧光图像，所述条纹状荧光在所述条纹荧光图像上形成条纹荧光区；

通过改变空间光调制器的参数，更换所述光源组件发射的激发光，通过所述成像组件接收并生成至少三个所述条纹荧光图像，多个所述条纹荧光图像的多个所述条纹荧光区的延伸方向不同；

通过所述成像组件根据多个所述条纹荧光区的延伸方向不同的多个条纹荧光图像重建成超分辨图像。

在某些实施例中，所述条纹荧光图像的生成方法包括：

通过驱动组件驱动所述载物台沿所述第一方向移动所述待测样品，同时控制所述光源组件使所述激发光照射所述待测样品并激发所述条纹状荧光，通过所述成像组件接收多个位置的所述条纹状荧光的成像以生成面区域的条纹荧光图像。

在某些实施例中，更换所述光源组件发射的激发光的方法包括：

所述光源组件内部设置有光阑，所述光阑位于所述激发光光路上，所述光阑上设有多个通光孔，通过改变所述光阑上的所述通光孔的使用情况改变所述激发光。

本申请实施方式的成像***中，通过光源组件发射激发光在待测样品上激发条纹状荧光，并通过成像组件生成多个条纹荧光区延伸方向不同的条纹荧光图像以重建成最终的超分辨图像，等效替代多个方向的结构光照明，进而满足二维平面上各个方向的分辨率提升，有效地提升超分辨图像的成像质量。

本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施方式的成像***的主要结构示意图；

图2是本申请实施方式的成像***的模块示意图；

图3是相关技术中不同条纹方向的SIM成像频域图；

图4是本申请实施方式的激发光的SIM成像频域图；

图5是本申请实施方式的成像***的结构示意图；

图6是本申请实施方式的第一条纹荧光图像产生方式示意图；

图7是本申请实施方式的第一条纹荧光图像激发光照明方向示意图；

图8是本申请实施方式的第一条纹荧光图像成像示意图；

图9是本申请实施方式的第一条纹荧光图像的激发光的实际条纹示意图；

图10是本申请实施方式的第一条纹荧光图像的激发光的横向强度分布图；

图11是本申请实施方式的第二条纹荧光图像产生方式示意图；

图12是本申请实施方式的第二条纹荧光图像激发光照明方向示意图；

图13是本申请实施方式的光阑结构示意图；

图14是本申请实施方式的第二条纹荧光图像成像示意图；

图15是本申请实施方式的第二条纹荧光图像的激发光的实际条纹示意图；

图16是本申请实施方式的第二条纹荧光图像的激发光的横向强度分布图；

图17是本申请实施方式的第三条纹荧光图像产生方式示意图；

图18是本申请实施方式的第三条纹荧光图像激发光照明方向示意图；

图19是本申请实施方式的第三条纹荧光图像成像示意图；

图20是本申请实施方式的第三条纹荧光图像的激发光的实际条纹示意图；

图21是本申请实施方式的第三条纹荧光图像的激发光的横向强度分布图；

图22是本申请实施方式的成像方法的流程示意图。

主要元件符号说明：成像***100，光源组件10，激光发射器11，空间光调制器（或者微反射镜阵列）12，多模光纤13，第一汇聚镜14，第二汇聚镜15，第三汇聚镜16，第四汇聚镜17，光阑18，第一通光孔181，第二通光孔182，第三通光孔183，第四通光孔184，载物台20，成像组件30，第二二向色镜31，成像通道32、筒镜321、线阵相机322、滤光片323、待测样品40，条纹状荧光41，条纹荧光区42，成像区域43，驱动组件50，控制组件60，物镜71，第一二向色镜72。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

另外，下面结合附图描述的本申请的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

基因测序仪在测序过程中需要对ATCG四种碱基分别进行荧光成像，由于检测的每个目标点都在亚微米尺度范围，因此基因测序仪不可避免地采用显微成像的方式才能实现检测目的。基因测序仪的一个重要的指标是芯片上的点密度，这决定了一张芯片上的数据量，同时也决定了单位数据的产出成本。由于点密度高低对单位面积所用试剂量的差异不大，因此点密度越高，检测成本越低。

高密度的芯片需要配合更高分辨率的显微***。但是传统的宽场显微镜***存在衍射极限，分辨率一般最高在200nm附近。为了获得更高的分辨率，从而达到更高的芯片点密度，就需要借助“超分辨”的光学手段来实现。

所谓的“超分辨”，就是超过光学***的衍射极限。最可能用于基因测序仪的超分辨技术为光照明超分辨显微镜(Structured Illumination Microscopy, SIM)，该方法利用摩尔条纹的原理，即两个高频信息的叠加后为低频信息，从而让原来无法通过物镜的高频信息能被光学***所接收，使原有宽场显微成像的频谱范围（如图3中的a所示），在对应的条纹调制方向上扩展2倍（如图3中的b所示）,最终实现两倍分辨率的提升。

基因测序仪的成像***可采用结构光照明超分辨显微镜来实现更高分辨率成像，目前，广泛采用的结构光照明超分辨显微镜成像方案，主要基于面阵成像，但由于在面阵成像模式下，每切换一个视场，样品载物台启停一次，耗时较长。且扫描成像时还需考虑图像拼接，成像边界可能需要重叠扫描以保持较好的成像效果，从而进一步延长了扫描时间。在基因测序领域，成像速度是一个重要指标，其决定了输出测序报告的时间。为了进一步提升成像检测速度，采用线扫描成像的方案是今后的趋势。

相关技术中，可通过线扫描超分辨显微成像方法解决上述问题，现有的线扫描超分辨显微镜照明实施方案，通常为结构光照明，即通过结构光照射待测样本并激发荧光，然后通过成像组件获取并重建成超分辨图像，上述照明方式及成像办法，其分辨率提升效果如图3中的b所示，由此不难看出，其分辨率提升效果较为局限，无法实现满足二维平面上各个方向的分辨率提升。

有鉴于此，请参阅图1至图22，一种成像***100，用于基因测序仪，包括光源组件10、载物台20和成像组件30。

光源组件10能够发射多种激发光，载物台20设置于光源组件10光路上，载物台20承载有待测样品40，每种激发光照射至待测样品40以激发一种沿第一方向延伸的条纹状荧光41，成像组件30用于接收多个位置的条纹状荧光41，每个位置包括多种条纹状荧光41，多个位置的同一个条纹状荧光41生成一个面区域的条纹荧光图像，条纹状荧光41在条纹荧光图像上形成条纹荧光区42，每种条纹荧光图像的条纹荧光区42的延伸方向不同，多个条纹荧光图像重建成超分辨图像。

本申请实施方式的成像***100中，通过光源组件10发射激发光在待测样品40上激发条纹状荧光41，并通过成像组件30生成多个条纹荧光区42延伸方向不同的条纹荧光图像以重建成最终的超分辨图像，等效替代多个方向的结构光照明，进而满足二维平面上各个方向的分辨率提升，有效地提升超分辨图像的成像质量。

具体的，待测样品40为带有荧光染料的生物样品，设置在基因测序芯片上，基因测序芯片放置在载物台20上，光源组件10发射的激发光照射在待测样品40形成第一光斑，光斑激发生物样品上的荧光染料形成条纹状荧光41，光斑与条纹状荧光41均朝向第一方向X延伸。

在某些实施例中，条纹荧光图像有三种，三种条纹荧光图像的三个条纹荧光区42的延伸方向与第一方向的夹角分别为0°、120°和240°，具体的，三种条纹荧光图像的三个条纹荧光区42的延伸方向与第一方向的夹角分别为0°、120°和240°可等效为0°、120°和240°三个方向的结构光照明，如图4所示，以此三个方向结构光照明，能满足二维平面上各个方向的分辨率提升。

请参阅图5，在某些实施例中，光源组件10包括激光发射器11和空间光调制器12，激光发射器11用于发射激光，空间光调制器12用于衍射激光，具体的，激光发射器11可以发射特定波长的激光，以激发待测样品40产生荧光；光源组件10还可以包括多模光纤13，多模光纤13位于激光发射器11和空间光调制器12之间，激光发射器11通过多模光纤13将激光发射至空间光调制器12。

在某些实施例中，光源组件10还包括多个汇聚镜，汇聚镜用于调节和整理激光，具体的，汇聚镜包括第一汇聚镜14，第一汇聚镜14位于多模光纤13与空间光调制器12之间，第一汇聚镜14用于将激光发射器11通过多模光纤13发射出来的激光准直成平行光。

在某些实施例中，光源组件10还包括光阑18，光阑18位于光路上，光阑18上具有多个通光孔，光阑18使部分衍射后的激光从不同通光孔通过，具体的，汇聚镜还包括第二汇聚镜15、第三汇聚镜16和第四汇聚镜17，第一汇聚镜14位于空间光调制器12与光阑18之间，空间光调制器12将第一汇聚镜14准直后的平行光反射并衍射，再通过第二汇聚镜15聚焦到光阑18上，光阑18的作用是只让±1级光通过，阻挡衍射后的激光中的0级及更高级次的光，通过光阑18的光依次通过第三汇聚镜16和第四汇聚镜17，通过光阑18的光被第三汇聚镜16准直后，再被第四汇聚镜17聚焦。

请参阅图5和图13，在某些实施例中，通光孔包括第一通光孔181、第二通光孔182、第三通光孔183和第四通光孔184，第一通光孔181、第二通光孔182、第三通光孔183和第四通光孔184沿直线依次设置，第一通光孔181到第二通光孔182的距离与第三通光孔183到第四通光孔184的距离相等，第一通光孔181到第四通光孔184的距离是第二通光孔182到第三通光孔183的距离的二倍，进一步的，第二通光孔182与第三通光孔183关于激发光的光轴对称，第一通光孔181与第四通光孔184关于激发光的光轴对称，具体的，光阑18呈圆形，第一通光孔181、第二通光孔182、第三通光孔183和第四通光孔184沿光阑18的一条直径方向排列，光缆圆心位于第二通光孔182和第三通光孔183连线的中点处，其中，空间光调制器12衍射后的激光从第一通光孔181与第四通光孔184通过时在待测样品40上形成第一激发光，空间光调制器12衍射后的激光从第二通光孔182与第三通光孔183通过时在待测样品40上形成第二激发光，第二激发光的周期是第一激发光的周期的二倍。

请参阅图2，在某些实施例中，载物台20连接有驱动组件50，驱动组件50驱动载物台20沿第一方向移动，具体的，驱动组件50为电动位移台。

在某些实施例中，成像***100还包括控制组件60，控制组件60控制驱动组件50驱动载物台20沿第一方向移动并控制成像组件30接收条纹荧光图像，以使多个条纹荧光图像的条纹荧光区42有多个不同的延伸方向。

请参阅图5，在某些实施例中，成像***100还包括第一二向色镜72和物镜71，物镜71用于收集荧光并将荧光传送至第一二向色镜72，第一二向色镜72用于将激发光反射至待测样品40，并用于将条纹状荧光41透射至成像组件30，具体的，第四汇聚镜17将通过光阑18的两道光汇聚在物镜71后焦平面的两个点上，从而在待测样品40上生成激发光，其中激发光以及条纹状荧光41均为正弦条纹。

在某些实施例中，成像组件30包括多个第二二向色镜31，多个第二二向色镜31将荧光分配至多个成像通道32，第二二向色镜31位于成像通道32与第一二向色镜72之间，每个成像通道32均包括筒镜321和线阵相机322，筒镜321用于汇集荧光至线阵相机322，线阵相机322用于接收荧光。

在某些实施例中，成像组件30还包括滤光片323，滤光片323位于筒镜321和线阵相机322之间，滤光片323用于对荧光滤光。

在某些实施例中，第二二向色镜31数量为三个，具体的，ATCG四种碱基形成四种荧光，将四种荧光一一分离最少需要三块第二二向色镜31，三个第二二向色镜31是不同种类的二向色镜，进一步的，三个第二二向色镜31的镀膜不同，用于将ATCG四种碱基形成的四种荧光分离。

本申请实施方式提供一种成像***100的成像方法，成像***100包括光源组件10、载物台20和成像组件30，载物台20上承载有待测样品40，成像方法包括：

步骤01：通过光源组件10发射激发光，以照射至待测样品40上而激发沿第一方向延伸的条纹状荧光41；

步骤02：通过成像组件30接收条纹状荧光41的多个位置的成像以生成面区域的条纹荧光图像，条纹状荧光41在条纹荧光图像上形成条纹荧光区42；

步骤03：更换光源组件10发射的激发光，通过成像组件30接收并生成至少三个条纹荧光图像，多个条纹荧光图像的多个条纹荧光区42的延伸方向不同；

步骤04：通过成像组件30根据多个条纹荧光区42的延伸方向不同的多个条纹荧光图像重建成超分辨图像。

具体的，成像***100还包括控制组件60，控制组件60通过光源组件10发射激发光，以照射至待测样品40而激发沿第一方向延伸条纹状荧光41，然后控制组件60控制成像组件30接收条纹状荧光41的多个位置的成像以生成面区域的条纹荧光图像，条纹状荧光41在条纹荧光图像上形成条纹荧光区42，接着更换光源组件10发射的激发光，通过成像组件30接收并生成至少三个条纹荧光图像，多个条纹荧光图像的多个条纹荧光区42的延伸方向不同，通过成像组件30根据多个条纹荧光区42的延伸方向不同的多个条纹荧光图像重建成超分辨图像。

进一步的，条纹荧光图像的生成方法包括：

通过驱动组件50驱动载物台20沿第一方向移动待测样品40，同时控制光源组件10使激发光照射待测样品40并激发条纹状荧光41，通过成像组件30接收多个位置的条纹状荧光41的成像以生成面区域的条纹荧光图像。

在某些实施例中，更换光源组件10发射的激发光的方法包括：

光源组件10内部设置有光阑18，光阑18位于光路上，光阑18上设有多个通光孔，通过改变光阑18上的通光孔的使用情况改变激发光，具体的，光阑18上的通光孔包括第一通光孔181、第二通光孔182、第三通光孔183和第四通光孔184，从不同的通光孔穿过形成的激发光周期不同。

在某些实施例中，使用线阵相机322成像，需要配合电动位移台移动扫描待测样品40来完成。因此，该成像方式就导致了激发光相对于相机是固定的。但是SIM成像，要求激发光相对于样品固定，才能实现结构光照明效果。所以，在电动位移台扫描过程中，激发光需要根据扫描位置相应的变化，才能满足实际照明需求，具体的，可通过空间光调制器12控制激发光。

由于需要的条纹荧光图像有三种，三种条纹荧光图像的三个条纹荧光区42的延伸方向与第一方向的夹角分别为0°、120°和240°，用以等效三相位的线扫描结构光，以下用6像素周期的二值化条纹作为简化模型，介绍三个条纹荧光区42的延伸方向的产生方法。

请参阅图6，首先介绍条纹荧光区42延伸方向与第一方向的夹角为0°的第一条纹荧光图像的产生方式。以图6中的a为例，其中每个方块代表最终图像的每个像素。图中的加粗长框，表示线阵相机322单次拍摄成像区域43，成像区域43沿第二方向延伸，第二方向与第一方向垂直。因此，要完成1~24行的成像，需要线阵相机322配合电动位移台扫描实现。图中灰色的方块，代表有信号的像素，也就是待测样品40面上被照亮的区域。照明方式为条纹光照明，周期为6像素。图6中的b为相机拍摄第二行图像时条纹的位置，图6中的c为拍摄到第24行时条纹的位置，完成一组24行拍摄后，对激发光进行相位的调整，再分别进行成像，如图6中的d至图6中的f以及图6中的h至图6中的i所示，图6中的a至图6中的c的激发光为0°相位，图6中的d至图6中的f的激发光为120°相位，图6中的h至图6中的i的激发光为240°相位。

请参阅图7，为了达到上述照明效果，在线阵相机322对某一行单次拍摄时，整个待测样品40面上的实际激发光如图所示。该条纹由空间光调制器12产生。图7中的a至图7中的i和图6中的a至图6中的i相互对应，保证线阵相机322在扫描到对应行数时，激发光的位置为图6所示结果。当线阵相机322完成对样品上1~24行的扫描后，最终的条纹荧光图像如图8所示，具体的，图6中的a至图6中的c对应生成的条纹荧光图像为图8中的a，图6中的d至图6中的f对应生成的条纹荧光图像为图8中的b，图6中的h至图6中的i对应生成的条纹荧光图像为图8中的c。

需要注意的是，经过物镜71出射的实际激发光的照明强度为正弦分布，所以最终实际激发光如图9和图10所示，其中，图9为实际条纹示意，图10为该实际条纹在第12行的横向强度分布。虽然其强度从二值条纹改变为正弦条纹，但是其周期依然是6像素。

请参阅图11，条纹荧光区42延伸方向与第一方向的夹角为120°的第二条纹荧光图像的产生方式如图所示，6像素周期的激发光在其倾斜了120度后，其在第二方向上的投影为abs(6/cos(120°))=12像素周期，如图11中的a所示。该方法可以扩展到任意周期条纹上，也就是倾斜条纹的水平投影均为竖直条纹周期的2倍。由于条纹是倾斜的，因此当线阵相机322换行时，激发光需要相应的向右平移tan(60°)=1.7321个像素。由于单个像素为最小单位无法进一步拆分，因此成像时激发光相对于成像第一行的实际偏移像素数为：

X=ceil(i*tan(60°))

其中ceil为向上取整，i为目前扫描的行数。图11中的a至图11中的c为120°方向激发光在0°相位时的线扫描过程示意。由于条纹在水平方向上的投影周期为12个像素，因此相位从0°变化至120°时，需要将每行的激发光沿着相位变化方向移动4个像素，该移动由空间光调制器12控制，如图11中的d至图11中的f所示。同理，相位从120°变化至240°时，也需要将每行的激发光沿着相位变化方向移动4个像素，如图11中的g至图11中的i所示。

为了达到上述照明效果，在线阵相机322对某一行单次拍摄时，整个样品面上的实际激发光如图12所示。该条纹由空间光调制器12产生。图11中的a至图11中的i和图12中的a至图12中的i相互对应，保证线阵相机322在扫描到对应行数时，激发光的位置如图12所示。

由于120°方向倾斜的激发光在待测样品40上实际照明的周期比0°方向时激发光的周期大了一倍，因此光阑18设计如图13所示。其中第一通光孔181和第四通光孔184对应的是0°方向激发光在频域上±1级的共轭，其中第二通光孔182和第三通光孔183对应的是120°方向条纹在频域上±1级的共轭。第一通光孔181和第四通光孔184到光阑18中心的距离相等，第二通光孔182和第三通光孔183到光阑18中心的距离也相等。且第一通光孔181和第四通光孔184到光阑18中心的距离是第二通光孔182和第三通光孔183到光阑18中心距离的两倍。

当线阵相机322完成对样品上1~24行的扫描后，最终第二条纹荧光图像如图14所示。其实际激发光如图15和图16所示。图15为实际条纹的正弦强度分布示意，图16为该实际条纹在第12行的横向强度分布。虽然其强度从二值条纹改变为正弦条纹，但是其横向上的周期依然是12像素。

与条纹荧光区42延伸方向与第一方向的夹角为120°的第二条纹荧光图像的产生方式类似，条纹荧光区42延伸方向与第一方向的夹角为240°的第三条纹荧光图像的产生方式见图17。当线阵相机322换行时，激发光需要相应的向左平移tan(60°)=1.7321个像素。由于单个像素为最小单位无法进一步拆分，因此成像时激发光相对于成像第一行的实际偏移像素数为：

X=ceil(i*tan(60°))

其中ceil为向上取整，i为目前扫描的行数。图17中的a至图17中的c为120°方向激发光在0°相位时的线扫描过程示意。由于激发光在水平方向上的投影周期为12个像素，因此相位从0°变化至120°时，需要将每行的激发光沿着相位变化方向移动4个像素，如图17中的d至图17中的f所示。同理，相位从120°变化至240°时，也需要将每行的激发光沿着相位变化方向移动4个像素，如图17中的g至图17中的i所示。

为了达到上述照明效果，在线阵相机322对某一行单次拍摄时，整个样品面上的实际激发光如图18所示。该条纹由空间光调制器12产生。图17中的a至图17中的i和图18中的a至图18中的i相互对应，保证线阵相机322在扫描到对应行数时，激发光的位置为图18所示结果。当线阵相机322完成对样品上1~24行的扫描后，最终的第三条纹荧光图像如图19所示。其实际激发光如图20和图21所示。图20为实际条纹的正弦强度分布示意，图21为该实际条纹在第12行的横向强度分布。虽然其强度从二值条纹改变为正弦条纹，但是其横向上的周期依然是12像素。

综上，本申请实施方式的成像***及成像方法中，通过光源组件的激光发射器11、空间光调制器12、第一汇聚镜14、第二汇聚镜15以及光阑18的设置，激光发射器11发出的激光能够经空间光调制器12衍射后并照射至光阑18上，光阑18能够使±1级的激光通过，而阻挡衍射后的激光中的0级及更高级次的激光，从而，透过光阑18后的激光经第三汇聚镜16和第四汇聚镜17准直形成的激发光照射至待测样品并形成激发条纹状荧光，可以将原先无法获得的高频信息移到通带以低频强度表示出来，当后续通过算法再移频回到正确的位置时可以获得更高分辨率，同时，空间光调制器12能够调节激光的相位，从而使得条纹状荧光的相位改变，进而，成像组件30可以根据不同相位的条纹状荧光来得到不同相位的图像。而通过控制激光从光阑18的通光孔穿出，能够实现周期的变化，进而可以简化成像组件在不同方向的成像难度，使得成像***操作简单，易于实施。准直后的激光通过第一二向色镜72反射后穿过物镜71照射至样品上并激发出条纹状荧光，条纹状荧光透过物镜71传递至成像组件30。条纹状荧光进入成像组件30后，被多个第二二向色镜31根据四种颜色分配至四个不同的成像通道32中，以对应四种不同的碱基；成像通道32设置有滤光片323，用于过滤杂光避免对成像形成干扰，成像通道32末端设有线阵相机322，线阵相机322用于将不同相位的条纹，分别形成具有0°、120°和240°条纹荧光区的条纹荧光图像，然后将多个条纹荧光图像重建成超分辨图像。

在本发明的某些实施方式中，涉及的模块可以是一个单片机芯片，集成了处理器、存储器，通信模块等。处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理模块的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种成像***，其特征在于，用于基因测序仪，包括：

光源组件，能够发射多种激发光；

载物台，设置于所述光源组件光路上，所述载物台承载有待测样品，每种所述激发光照射至所述待测样品以激发一种沿第一方向延伸的条纹状荧光；

成像组件，所述成像组件用于接收多个位置的所述条纹状荧光，每个位置包括多种所述条纹状荧光，多个位置的同一个所述条纹状荧光生成一个面区域的条纹荧光图像，所述条纹状荧光在所述条纹荧光图像上形成条纹荧光区，每种所述条纹荧光图像的所述条纹荧光区的延伸方向不同，多个所述条纹荧光图像重建成超分辨图像。

2.根据权利要求1所述的成像***，其特征在于，所述条纹荧光图像有三种，三种所述条纹荧光图像的三个所述条纹荧光区的延伸方向与第一方向的夹角分别为0°、120°和240°。

3.根据权利要求2所述的成像***，其特征在于，所述光源组件包括激光发射器和空间光调制器，所述激光发射器用于发射激光，所述空间光调制器用于衍射所述激光，所述光源组件还包括多个汇聚镜，所述汇聚镜用于调节和整理所述激光或所述激发光。

4.根据权利要求3所述的成像***，其特征在于，所述光源组件还包括光阑，所述光阑位于光路上，所述光阑上具有多个通光孔，所述光阑使部分衍射后的所述激光从所述通光孔通过。

5.根据权利要求4所述的成像***，其特征在于，所述通光孔包括第一通光孔、第二通光孔、第三通光孔和第四通光孔，所述第一通光孔、第二通光孔、第三通光孔和第四通光孔沿直线依次设置，所述第一通光孔到所述第二通光孔的距离与所述第三通光孔到所述第四通光孔的距离相等，所述第一通光孔到所述第四通光孔的距离是所述第二通光孔到所述第三通光孔的距离的二倍。

6.根据权利要求5所述的成像***，其特征在于，所述第二通光孔与所述第三通光孔关于所述激发光的光轴对称，所述第一通光孔与所述第四通光孔关于所述激发光的光轴对称。

7.根据权利要求1所述的成像***，其特征在于，所述载物台连接有驱动组件，所述驱动组件驱动所述载物台沿所述第一方向移动，所述成像***还包括控制组件，所述控制组件控制所述驱动组件驱动所述载物台沿所述第一方向移动并控制所述成像组件接收条纹荧光图像，以使多个所述条纹荧光图像的条纹荧光区有多个不同的延伸方向。

8.根据权利要求1所述的成像***，其特征在于，所述成像***还包括第一二向色镜和物镜，所述物镜用于收集所述荧光并将所述荧光传送至所述第一二向色镜，所述第一二向色镜用于将所述激发光反射至所述待测样品，并用于将所述条纹状荧光透射至所述成像组件。

9.根据权利要求8所述的成像***，其特征在于，所述成像组件包括多个第二二向色镜，所述多个第二二向色镜将所述荧光分配至多个成像通道，所述第二二向色镜位于所述成像通道与所述第一二向色镜之间，每个所述成像通道均包括筒镜和线阵相机，所述筒镜用于汇集所述荧光至所述线阵相机，所述线阵相机用于接收所述荧光。

10.一种成像***的成像方法，其特征在于，用于基因测序仪，所述成像***包括光源组件、载物台和成像组件，所述载物台上承载有待测样品，所述成像方法包括：

通过所述光源组件发射激发光，以照射至所述待测样品上而激发沿第一方向延伸的条纹状荧光；

通过所述成像组件接收所述条纹状荧光的多个位置的成像以生成面区域的条纹荧光图像，所述条纹状荧光在所述条纹荧光图像上形成条纹荧光区；

更换所述光源组件发射的激发光，通过所述成像组件接收并生成至少三个所述条纹荧光图像，多个所述条纹荧光图像的多个所述条纹荧光区的延伸方向不同；

通过所述成像组件根据多个所述条纹荧光区的延伸方向不同的多个条纹荧光图像重建成超分辨图像。

11.根据权利要求10所述的成像***的成像方法，其特征在于，所述条纹荧光图像的生成方法包括：

通过驱动组件驱动所述载物台沿所述第一方向移动所述待测样品，同时控制所述光源组件使所述激发光照射所述待测样品并激发所述条纹状荧光，通过所述成像组件接收多个位置的所述条纹状荧光的成像以生成面区域的条纹荧光图像。

12.根据权利要求10所述的成像***的成像方法，其特征在于，更换所述光源组件发射的激发光的方法包括：

所述光源组件内部设置有光阑，所述光阑位于所述激发光光路上，所述光阑上设有多个通光孔，通过改变所述光阑上的所述通光孔的使用情况改变所述激发光。