[发明专利]一种结构光照明超分辨显微成像方法

摘要

本发明公开了一种结构光照明超分辨显微成像系统及其成像方法。本发明的成像系统包括：照明光源、旋转结构光生成器、第一会聚透镜、分光镜、物镜、载物台、样品、第二会聚透镜、数字成像设备和计算机；本发明通过成像图像重建算法处理原始图像，只需要旋转4次结构光条纹，不需要相位平移即可实现超分辨；成像图像重建算法基于频域处理而非空间域处理；样品的超分辨图像的频谱的过程，与传统频域方法不同，并非逐个结构光方向进行解析，而是将所有方向合并进行解析；为获得传统的各向均一的2倍分辨率提升，理论上原始图像数量可以从传统方法的9幅减少至4幅；进一步减少原始图像数量至3幅，理论上可获得各向均一的1.5倍左右的分辨率提升。

主权项

1.一种结构光照明超分辨显微成像方法，其特征在于，所述成像方法包括以下步骤：1)激发光经旋转结构光生成器发生衍射，衍射的激发光经第一会聚透镜会聚后，经二向色镜，由物镜聚焦，照射在放置在载物台上的样品上，形成结构光条纹；样品在结构光条纹的激发下发射荧光，荧光经物镜聚焦后，经二向色镜后，由第二会聚透镜会聚，由数字成像设备采集荧光，并将光信号转换成电信号后传输至计算机，计算机形成原始图像；2)旋转样品上的结构光条纹至新的角度，重复步骤1)，在每个角度采集形成一幅原始图像，直至在M个不同的角度下形成M幅原始图像，M≥4；3)将每一幅原始图像进行离散傅里叶变换，获得各幅原始图像的频谱Dn，其中Dn为第n张原始图像的频谱，n＝1,2,……,M，M≥4；4)计算每幅原始图像对应的结构光条纹的方向和相位，根据结构光条纹的方向和相位计算得到结构光条纹的频谱In，其中In为第n个结构光条纹的频谱；5)样品的超分辨图像的频谱S，结构光照明超分辨显微成像系统的光学传递函数H，结构光条纹的频谱In和原始图像的频谱Dn满足下式：其中为卷积，·为点乘；从上式得到，各幅原始图像的频谱Dn在各个像素上的值，均是超分辨图像的频谱S的多个像素的值的线性组合，其系数由In和H决定；故将上述公式改写为下述线性方程组：d＝Ms其中，向量d是所有原始图像的频谱的各个像素的值，一维向量s是样品的超分辨图像的频谱的各个像素的值，M是构造得到的稀疏卷积矩阵；6)解上述线性方程组得到向量s，将一维向量s重排得到二维的样品的超分辨图像的频谱，然后通过傅里叶逆变换得到样品的超分辨图像。