[发明专利]一种双高度照明傅里叶叠层显微成像方法

权利要求书

1.一种双高度照明傅里叶叠层显微成像方法，实现该方法的成像系统光路包括螺旋高度调节架、LED阵列、被测样品、显微镜中的显微物镜以及成像透镜、相机；螺旋高度调节架用来固定LED阵列，通过螺旋高度调节架调节LED阵列的照明高度；LED阵列依次点亮发光单元用于为被测样品提供不同角度的照明光；被测样品置于LED阵列和显微物镜之间，被测样品处于显微物镜的焦平面上；显微物镜和成像透镜共同组成一个4f系统，照明光束从LED阵列发出，经被测样品散射后通过该4f系统在成像透镜的后焦面上成像，并由相机记录；相机用来记录被测样品在不同高度照明下的低分辨率的强度像Imi(x,y)和Imi′(x,y)，i＝1，2,3…N，N表示LED总个数；显微物镜、成像透镜均安装在显微镜上，显微镜的载物台用来固定样品；其特征在于：

该方法包括在两个照明高度下的LED阵列发光单元作为点光源，分别拍摄低分辨率的强度像I_mi(x,y)和I_mi′(x,y)，将两个高度下得到的强度像根据入射角依次增大且顺时针方向进行排序编号，再通过再现算法按照照明入射角依次增大的顺序进行迭代重建，得到恢复出的高分辨率强度和相位像；

提高成像精度和收敛速度的过程分为三个步骤：

S1调节螺旋高度调节架使LED阵列与被测样品之间的距离为h₁，依次点亮LED阵列上的各个发光单元；对应于每个发光单元，不同角度的照明光束从LED发光单元发出，经被测样品散射后通过由显微物镜和成像透镜组成的4f系统在成像透镜的后焦面上成一个低分辨率的强度像I_mi(x,y)，并由相机记录；

S2通过调节螺旋高度调节架使LED阵列与被测样品之间的距离为h₂，重复步骤S1，将相机在成像透镜后焦面上记录的低分辨率强度像记为I_mi′(x,y)；

S3利用再现算法对记录到的低分辨率强度像I_mi(x,y)和I_mi′(x,y)进行重建。

2.根据权利要求1所述的一种双高度照明傅里叶叠层显微成像方法，其特征在于：重建过程分为以下四个步骤，

S3.1在高度h₁下，将LED阵列中心处发光单元的坐标记为(ξ₀,η₀),选择该发光单元照明下记录到的低分辨率强度像I_m1(x,y)并用插值法扩大，生成猜测的高分辨率的初始光强分布I_h(x,y)，乘以猜测的随机相位生成一幅猜测的样品高分辨率复振幅分布：

将上式作傅里叶变换得到猜测的扩展频谱分布U_h(k_x,k_y)：

S3.2在高度h₂下LED阵列中心发光单元(ξ₀′,η₀′)照明所记录的低分辨率强度像I_m1′(x,y)，其中h₂大于h₁并将两个照明高度下拍到的所有低分辨率强度像I_mi(x,y)和I_mi′(x,y)按入射角从小到大顺时针排序,得到I_mk(x,y)，k＝1,2,3,……2i-1，对应的入射角度为α_k；

S3.3选择入射角为α_k，此时k＝1，对应的频谱区域(-f_c,f_c)，作逆傅里叶变换得到猜测的低分辨率复振幅U_l(x,y):

其中，f_c＝NA/λ为成像系统的截止频率，NA为显微物镜的数值孔径，λ为LED发光单元的中心波长；保持相位不变，将猜测的低分辨率复振幅U_l(x,y)的振幅I_lk(x,y)用实验记录的强度像I_mk(x,y)替换，得到替换后的复振幅U_lm(x,y):

再对其进行傅里叶变换，填回到对应的频谱区域(-f_c,f_c)中，更新扩展频谱的中心区域；

S3.4依次选择入射角为α_k，此时k＝2,3,……2i-1，对应的频谱区域(-f_c+f_x,f_c+f_y)，其中f_x、f_y表示入射角为α_k的照明光在频域k_x,k_y方向形成频移量f_x、f_y：

其中，α_kx和α_ky表示立体的入射角α_k与x、y坐标轴形成的夹角；重复步骤S3.4，更新扩展频谱的其他区域；

重复步骤S3.3和步骤S3.4，直到频谱相邻区域重叠部分连续，达到收敛从而得到更新的扩展频谱；将这个扩展频谱作逆傅里叶变换就得到被测样品的高分辨率的复振幅分布。