[发明专利]一种双高度照明傅里叶叠层显微成像方法

说明书

本发明公开了一种双高度照明傅里叶叠层显微成像方法，属于光学技术领域。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、显微物镜、成像透镜、相机、显微镜。本发明通过改变样品与LED平面之间的距离，通过对两个高度下记录到的低分辨率强度像按照照明入射角依次增大的顺序共同进行重建迭代，可以增加低频部分采样率，进而在保持其它成像系统参数不变情况下，有效增大频谱中低频区域的交叠率和数据冗余度，进一步提高FPM的成像精度和收敛速度。

技术领域

本发明涉及一种双高度照明傅里叶叠层显微成像的方法，特别是涉及一种双平面照明傅里叶叠层提高成像精度和收敛速度的方法，属于光学技术领域。

背景技术

光学显微镜在生物医学检测方面发挥着巨大应用，但是传统的光学显微镜存在两个缺陷：第一不能得到样品的相衬像；第二，当分辨率提高时，视场大幅度减小。而基于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)阵列照明的傅里叶叠层显微(FourierPtychographic Microscopy,FPM)成像系统是在传统光学显微镜的基础上改造而成，二维的薄样品由来自不同角度的平面波照明，在物镜后焦面上样品的频谱被平移到对应的不同位置上，因此一些本来超出物镜数值孔径的频率成分被平移到物镜数值孔径以内，从而能够传递到成像面进行成像。通过重建程序将这些频率成分在频域进行合成得到样品的扩展频谱，作逆傅里叶变换就可以恢复样品的强度和相位分布。这种方法在样品的低频区域需要较高的频谱交叠率来满足图像重建的要求，但是单一高度下LED照明在频域形成的频谱交叠率存在中低频区域交叠率较低而高频区域交叠率较高的情况，为此可以通过改变样品与LED平面之间的距离，通过对两个高度下记录到的低分辨率强度像按照照明入射角依次增大的顺序共同进行重建迭代，可以增加低频部分采样率，进而在保持其它成像系统参数不变情况下，有效增大频谱中低频区域的交叠率和数据冗余度，进一步提高FPM的成像精度和收敛速度。

发明内容

本发明的目的在于通过改变样品与LED平面之间的距离，通过对两个高度下记录到的低分辨率强度像按照照明入射角依次增大的顺序共同进行重建迭代，可以增加低频部分采样率，进而在保持其它成像系统参数不变情况下，有效增大频谱中低频区域的交叠率和数据冗余度，进一步提高FPM的成像精度和收敛速度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为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、显微物镜、成像透镜、相机、显微镜。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I_mi(x,y)和I_mi′(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。

该方法包括在两个照明高度下的各个LED发光单元在同一高度下照明点光源，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。

一种双平面照明傅里叶叠层显微成像方法，其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。