[发明专利]基于环形阵列光源照明的超分辨率全内反射显微成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于环形阵列光源照明的超分辨率全内反射显微成像装置，其特征在于，包括：偏振照明模块和检偏探测模块；

所述偏振照明模块按照光线传播方向依次包括：环形LED阵列(1)、圆锥反射镜(3)和圆锥透镜(4)；其中，所述环形LED阵列(1)和所述圆锥透镜(4)之间还设置有环形挡光板(2)；所述圆锥反射镜(3)位于所述圆锥透镜(4)外侧；所述圆锥透镜(4)上放置有样品(5)；

所述检偏探测模块按照光线传播方向依次包括：物镜(6)、管镜(7)和图像采集模块(8)；

所述环形LED阵列(1)中的单个LED灯所发出的发散光束，经过所述环形挡光板(2)遮挡，产生的光束入射到所述圆锥反射镜(3)上，所述圆锥反射镜(3)反射光束进入所述圆锥透镜(4)，并在所述圆锥透镜(4)与样品(5)交界面产生倏逝场；所述样品(5)经过倏逝场照明后所产生的散射光依次通过物镜(6)和管镜(7)后被图像采集模块(8)接收。

2.根据权利要求1所述的一种基于环形阵列光源照明的超分辨率全内反射显微成像装置，其特征在于，光束经圆锥反射镜(3)反射时的入射角与圆锥反射镜(3)的底角∠α、圆锥透镜(4)的底角∠β满足使得光束经过所述圆锥反射镜(3)反射后垂直入射到所述圆锥透镜(4)。

3.根据权利要求1所述的一种基于环形阵列光源照明的超分辨率全内反射显微成像装置，其特征在于，光束入射所述圆锥透镜(4)后与主光轴夹角大于全内反射临界角θ_c，其中，θ_c＝arcsin(n₁)，n₁为圆锥透镜折射率。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种基于环形阵列光源照明的超分辨率全内反射显微成像装置，其特征在于，所述图像采集模块(8)包括：相机。

5.一种基于环形阵列光源照明的超分辨率全内反射显微成像方法，其特征在于，适用于权利要求1～4任意一项所述的一种基于环形阵列光源照明的超分辨率全内反射显微成像装置，所述方法包括如下步骤：

步骤a：逐次顺序点亮环形LED阵列(1)中的单个LED灯，使照明光束在预设半径的圆周上移动，每点亮一个不同照明角度的LED灯，图像采集模块(8)拍摄一次图像，逐次点亮环形LED阵列(1)中的所有N个LED灯，实现对样品的360°圆周扫描照明，扫描一圈后得到N张不同照明方位角下的待测样品散射光强分布图像，获得三维数据集{I_i(x,y),i＝1,2,3,…,N；x＝1,2,3,…,P_x；y＝1,2,3,…,P_y,}，其中x,y为图像像素的行号和列号，P_x为图像每行的总像素数，P_y为图像每列的总像素数；

步骤b：对步骤a所得到的N张不同照明方位角下的待测样品散射光强分布图像的每个相同位置像素点利用如下公式进行m阶自相关量的计算，得到一张分辨率提升的超分辨图像C_m，即获得二维数据集{C_m(x,y),x＝1,2,3,…,P_x；y＝1,2,3,…,P_y,}；

其中，x,y代表像素位置，I_i代表图像采集模块(8)在照明角θ下所获取的图像，N为一次360°圆周扫描所获取的图像数量，m代表计算阶数，m为不大于4的正整数；

步骤c：对得到的超分辨图像C_m进行迭代去卷积，然后取次方消除非线性效应，得到分辨率提升的图像，完成超分辨。

6.根据权利要求5所述的一种基于环形阵列光源照明的超分辨率全内反射显微成像方法，其特征在于，在步骤a中还包括：对得到的N张光强分布图像进行反卷积去噪预处理。