[发明专利]一种提高结构照明共焦显微成像效率和性能的方法及系统

说明书

本发明提供提高结构照明共焦显微成像效率和性能的方法及系统，方法包括：计算机生成高频条纹图案，将该图案依次传到空间光调制器上，以使其通过图案将光源发出的均匀光束调制成空间分布不均匀的结构光；高频条纹图案为傅里叶变换基底图案中对应高频傅里叶系数的条纹图案；将结构光投影到样品以使其与结构光作用后发出的光束成像到相机光敏面；从相机拍摄的每张样品与结构光作用后的图像中提取坐标相同的光强值组成光强序列以重建弥散斑图像；确定光敏像元在空间光调制器上的共轭点的坐标，从弥散斑图像中抽取与该光敏像元共轭的点的信号，按照光敏像元的像素坐标重组。该方法能够提高共焦显微图像的对比度和光切片效果，测量次数也大大减少。

技术领域

本发明涉及光学显微成像技术领域，更具体地，涉及一种提高结构照明共焦显微成像效率和性能的方法及系统。

背景技术

激光共焦显微成像技术目前应用于许多领域，大部分共焦显微成像术采用单点扫描成像的方式(M.Minsky，U.S.Patent#3013467，Microscopy Apparatus(1957).)，该方式存在的缺点是每次只能扫描测量样品上的一个像素点，则一幅M×N像素的图像需要测量M×N次，成像速度极低，且需要较高强度的激光照明，以获取具有足够高信噪比的信号，但高强度的激光照明可能对样品产生影响。其余的方式例如有转盘共焦显微镜镜(D.Toomreand J.B.Pawley，Disk scanning confocal microscopy.In Handbook of biologicalconfocal microscopy(pp.221 238).Springer，Boston，MA(2006))、微透镜阵列(TizianiH J，Uhde H M.“Three dimensionalanalysis by a microlens array confocalarrangement，”Appl.Opt.，33(4)，567572(1994).)等，这些共焦显微镜成像方式与单点扫描成像相比，能够在一次测量中获取到样品多个点的信息，但是更容易收集到离焦平面发出的杂散光，降低空间分辨率，且仍然存在对生物样品产生影响的问题。

近年来，公开号为CN112505044A的发明专利提供了一种宽场照明共焦显微成像系统及方法提出结合激光共焦显微成像技术与单像素成像方法以有效解决上述的问题，该专利提出的成像方法的原理是利用单像素成像方法，生成一系列不均匀的结构光照明样品，相机同时拍摄样品的图像，相机每个光敏像元将获得一系列不同的光强值，每个光强值包含了来自样品中多个物点发出的光。根据每个光敏像元记录的一系列光强值，利用单像素成像算法重建得到一幅样品的弥散斑图像，这幅图像按物点的位置坐标的分布给出了相机像元记录的从样品中不同物点发出的光。因此，通过这个分布，提取出与该相机像元形成物像共轭的物点对应的光强值，就可消减非共轭物点发出的光对该相机像元形成的噪声。从该专利的具体实施方式可看出，利用该专利提出的成像方法可以重建共焦荧光显微图像，测量次数少于样品图像的像素数。但该方法没法保证产生的结构光只调制样品在物镜焦平面的信息，不调制离焦平面的信息，导致得到的共焦显微图像的对比度和光切片能力仍有待提高到。此外，该方法所需要测量的次数至少也需要达到254次，测量次数还是相对较多。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供提高结构照明共焦显微成像效率和性能的方法及系统，用于解决现有技术中结合激光共焦显微成像与单像素成像方法的测量次数较多，且重组得到的共焦显微图像的对比度和光切片能力有待提高的问题。

本发明采用的技术方案包括：