[发明专利]基于扫描振镜的单点去卷积显微系统与成像方法

权利要求书

1.基于扫描振镜的单点去卷积显微系统，其特征在于，包括螺旋相位板(1)、分光棱镜(2)、偏振分束器(3)、X轴扫描振镜(4)、Y轴扫描振镜(5)、扫描透镜(6)、管镜(7)、聚焦物镜(8)、长波通滤光片(9)、收集物镜(10)和光电探测器(11)；

第一平行光经过螺旋相位板(1)调制后，依次经过分光棱镜(2)和偏振分束器(3)透射，X轴扫描振镜(4)和Y轴扫描振镜(5)反射，扫描透镜(6)和管镜(7)透射，由聚焦物镜(8)汇聚在荧光样品上，形成环形光斑；

所述的螺旋相位板(1)使第一平行光附加螺旋相位因子exp(ilθ)；其中，i为虚数单位，l为螺旋相位板(1)的拓扑荷数，θ为旋转方位角；所述X轴扫描振镜(4)由X轴电机带动、受X轴伺服系统控制，Y轴扫描振镜(5)由Y轴电机带动、受Y轴伺服系统控制，X轴扫描振镜(4)与Y轴扫描振镜(5)相互配合，实现对样品进行XY面的逐点扫描；

第二平行光经过分光棱镜(2)反射后，依次经过偏振分束器(3)透射，X轴扫描振镜(4)和Y轴扫描振镜(5)反射，扫描透镜(6)和管镜(7)透射，由聚焦物镜(8)汇聚在荧光样品上，形成圆形光斑；

所述第一平行光与第二平行光波长相同，在经过分光棱镜(2)后同轴传递，将荧光样品表面激发出荧光，所述荧光依次经过聚焦物镜(8)、管镜(7)和扫描透镜(6)透射，Y轴扫描振镜(5)、X轴扫描振镜(4)和偏振分束器(3)反射，长波通滤光片(9)透射，由收集物镜(10)汇聚到光电探测器(11)上进行成像；

所述长波通滤光片(9)的截止波长λ选取应满足：λ₁＜λ＜λ₂，其中，λ₁为激发光波长，λ₂为荧光样品表面激发出的荧光波长；

首先得到坐标为(i,j)的物点的灰度值sum_i,j，再通过调整X轴扫描振镜(4)和Y轴扫描振镜(5)的角度，遍历i和j的所有取值，利用所有物点的灰度值信息，构造完整的二维图像；

所述的坐标为(i,j)的物点的灰度值信息，通过以下步骤得到：

步骤a、在只照射第一平行光，不照射第二平行光的条件下，光电探测器(11)以坐标(i,j)为中心对荧光样品进行成像，得到分辨率为m×n的第一图像Image1_m,n；

步骤b、在只照射第二平行光，不照射第一平行光的条件下，光电探测器(11)以坐标(i,j)为中心对荧光样品进行成像，得到分辨率为m×n的第二图像Image2_m,n；

步骤c、按照以下公式对第一图像Image1_m,n和第二图像Image2_m,n进行运算：

Temp1_m,n＝deconv(Image1_m,n)

Temp2_m,n＝deconv(Image2_m,n)

式中，deconv表示去卷积运算；

步骤d、按照以下公式计算得到中心感兴趣区域信息Temp_m,n：

Tempm,n=Temp2m,n-n×Temp1m,n,Temp2m,n>Temp1m,n0,Temp2m,n≤Temp1m,n]]>

式中，n大于0；

步骤e、按照以下公式对中心感兴趣区域信息Temp_m,n进行求和运算：

sumi,j=ΣmΣnTempm,n]]>

式中，sum_i,j表示坐标为(i,j)的物点的灰度值；

构造完整的二维图像通过以下步骤得到：

步骤a、构造一个空白矩阵；

步骤b、将sum_i,j依次填到对应元素位置。

2.基于扫描振镜的单点去卷积显微方法，所使用的基于扫描振镜的单点去卷积显微系统包括螺旋相位板(1)、分光棱镜(2)、偏振分束器(3)、X轴扫描振镜(4)、Y轴扫描振镜(5)、扫描透镜(6)、管镜(7)、聚焦物镜(8)、长波通滤光片(9)、收集物镜(10)和光电探测器(11)；

第一平行光经过螺旋相位板(1)调制后，依次经过分光棱镜(2)和偏振分束器(3)透射，X轴扫描振镜(4)和Y轴扫描振镜(5)反射，扫描透镜(6)和管镜(7)透射，由聚焦物镜(8)汇聚在荧光样品上，形成环形光斑；

所述的螺旋相位板(1)使第一平行光附加螺旋相位因子exp(ilθ)；其中，i为虚数单位，l为螺旋相位板(1)的拓扑荷数，θ为旋转方位角；所述X轴扫描振镜(4)由X轴电机带动、受X轴伺服系统控制，Y轴扫描振镜(5)由Y轴电机带动、受Y轴伺服系统控制，X轴扫描振镜(4)与Y轴扫描振镜(5)相互配合，实现对样品进行XY面的逐点扫描；

第二平行光经过分光棱镜(2)反射后，依次经过偏振分束器(3)透射，X轴扫描振镜(4)和Y轴扫描振镜(5)反射，扫描透镜(6)和管镜(7)透射，由聚焦物镜(8)汇聚在荧光样品上，形成圆形光斑；

所述第一平行光与第二平行光波长相同，在经过分光棱镜(2)后同轴传递，将荧光样品表面激发出荧光，所述荧光依次经过聚焦物镜(8)、管镜(7)和扫描透镜(6)透射，Y轴扫描振镜(5)、X轴扫描振镜(4)和偏振分束器(3)反射，长波通滤光片(9)透射，由收集物镜(10)汇聚到光电探测器(11)上进行成像；

所述长波通滤光片(9)的截止波长λ选取应满足：λ₁＜λ＜λ₂，其中，λ₁为激发光波长，λ₂为荧光样品表面激发出的荧光波长；

其特征在于，

首先得到坐标为(i,j)的物点的灰度值sum_i,j，再通过调整X轴扫描振镜(4)和Y轴扫描振镜(5)的角度，遍历i和j的所有取值，利用所有物点的灰度值信息，构造完整的二维图像；

所述的坐标为(i,j)的物点的灰度值信息，通过以下步骤得到：

步骤a、在只照射第一平行光，不照射第二平行光的条件下，光电探测器(11)以坐标(i,j)为中心对荧光样品进行成像，得到分辨率为m×n的第一图像Image1_m,n；

步骤b、在只照射第二平行光，不照射第一平行光的条件下，光电探测器(11)以坐标(i,j)为中心对荧光样品进行成像，得到分辨率为m×n的第二图像Image2_m,n；

步骤c、按照以下公式对第一图像Image1_m,n和第二图像Image2_m,n进行运算：

Temp1_m,n＝deconv(Image1_m,n)

Temp2_m,n＝deconv(Image2_m,n)

式中，deconv表示去卷积运算；

步骤d、按照以下公式计算得到中心感兴趣区域信息Temp_m,n：

Tempm,n=Temp2m,n-n×Temp1m,n,Temp2m,n>Temp1m,n0,Temp2m,n≤Temp1m,n]]>

式中，n大于0；

步骤e、按照以下公式对中心感兴趣区域信息Temp_m,n进行求和运算：

sumi,j=ΣmΣnTempm,n]]>

式中，sum_i,j表示坐标为(i,j)的物点的灰度值；

构造完整的二维图像通过以下步骤得到：

步骤a、构造一个空白矩阵；

步骤b、将sum_i,j依次填到对应元素位置。