[发明专利]一种基于最优照明模式设计下的差分相衬定量相位显微成像方法

摘要

本发明公开了一种基于最优照明模式设计下的差分相衬定量相位显微成像方法，首先推导出差分相衬定量相位成像中各向同性相位传递函数所对应的最优照明图案，确定其为照明数值孔径NAill与系统用物镜数值孔径NAobj相等的半环形照明图案；其照明强度分布以方向轴为起点，随照明角度余弦变化；在极坐标下强度分布可以表示为S(θ)＝cos(θ)；本发明有效弥补相位传递的频率损失，不仅最高频率的传递表现得到增强，同时低频相位信息的传递性也得到明显提升，保证了相位结果的正确性和高分辨率；同时该最优照明方案将照明轴数量减到最少的2个，大大减少了差分相衬定量相位成像所需采集图像的数量，提高了成像速度，使其获得实时动态、高正确率、高分辨率的相位成像结果。

主权项

1.一种基于最优照明模式设计下的差分相衬定量相位显微成像方法，其特征在于过程如下：步骤一，最优照明图案设计：首先推导得出差分相衬定量相位成像中各向同性相位传递函数所对应的照明图案，即为最优照明图案。具体是得到的最优照明图案形状为照明数值孔径NAill与系统用物镜数值孔径NAobj相等的半环形图案，设物镜的数值孔径为NAobj，该照明环上的单颗LED与中心点的间距为d，由单颗LED发出的光线与光轴的夹角为αi，则由该环形图案上的LED照明时得到的照明NAill满足下式：得到的最优照明图案照明强度分布以方向轴为起点随照明角度余弦变化，极坐标下表达式为：S(θ)＝cos(θ)其中，夹角θ按顺时针方向增大；步骤二，最优照明下原始图像采集：采用电脑控制液晶显示屏LCD或高密度可编程LED阵列显示两轴照明情况下的四幅最优照明图案，并产生同步触发信号至相机，在每幅图案下采集一幅样品图像，共采集四幅原图像，分别记为Il、Ir和Iu、Id，其中Il、Ir代表左右轴方向上的两幅图像，Iu、Id代表上下轴方向上的两幅图像；步骤三，相差图像计算：根据差分相衬成像计算公式，计算得到最优照明下样品在左右轴方向上的强度相差图像以及上下轴方向上的强度相差图像步骤四，最优照明模式对应的相位传递函数确定：最优照明模式对应的相位传递函数PTFlr(u)、PTFud(u)呈各向同性，即在极坐标系中，令ra为相位传递函数中任一点a到中心点的距离，rNA为部分相干成像的在频域中的极限频率到中心点的距离，那么得到左右方向的相位传递函数为：上下方向的相位传递函数为：得到它们的强度分布为：步骤五，对样品定量相位的求解：利用求得的两轴相位传递函数和对应的样品相差图像，在Tikhonov准则下进行反卷积计算，得到最终要求的定量相位结果，完成整套最优照明模式设计下的差分相衬定量相位显微成像。