[发明专利]基于变角度全内反射结构光照明的三维超分辨显微成像方法和装置

摘要

本发明公开了一种基于变角度全内反射结构光照明的三维超分辨显微成像方法和装置，将照明光束分束为偏振方向一致且发生全反射的两路入射光，产生的倏逝波进行干涉形成全内反射结构光照明样品，收集样品发出的荧光信号得到全内反射结构光照明原始图像，重构出横向超分辨图像；利用单路入射光，在成像样品表面发生全内反射，并逐一改变入射光的入射角和方位角对样品进行扫描，收集样品发出的荧光信号得到变入射角变方位角全内反射结构光照明原始图像；对变入射角变方位角全内反射结构光照明原始图像进行预处理，重构出样品的轴向超分辨图像，并结合横向超分辨图像重构出三维超分辨图像。

主权项

1.一种基于变角度全内反射结构光照明的三维超分辨显微成像方法，其特征为，包括：将照明光束分束为偏振方向一致且发生全反射的两路入射光，产生的倏逝波进行干涉形成全内反射结构光照明样品，收集样品发出的荧光信号得到全内反射结构光照明原始图像，重构出横向超分辨图像；利用单路入射光，在成像样品表面发生全内反射，并逐一改变入射光的入射角和方位角对样品进行扫描，收集样品发出的荧光信号得到变入射角变方位角全内反射结构光照明原始图像；对变入射角变方位角全内反射结构光照明原始图像进行预处理，重构出样品的轴向超分辨图像，并结合所述的横向超分辨图像重构出三维超分辨图像；所述的全内反射结构光照明原始图像通过至少在三个角度下旋转干涉条纹的方向，并在各方向下至少三次改变干涉条纹的相位得到；所述的横向超分辨图像的重构算法包括如下步骤：(a)建立全内反射结构光照明图样空间域数学模型其中，I(r)为全内反射结构光照明图样强度分布，I₀为平均照明光强，k₀为图样空间频率，r为照明位置，为图样初始相位；(b)建立第i方向下的三幅全内反射结构光照明原始图像频率域数学模型其中，D₁(k)、D₂(k)、D₃(k)分别为三次相移角度下得到的三幅全内反射结构光照明原始图像频率分布，和为三次相移角度，S(k)、S(k‑k₀)和S(k+k₀)为样品的频率分布，H(k)为成像系统的光学传递函数；(c)由第i方向下的三幅全内反射结构光照明原始图像求解出样品的频率分布为(d)将频谱分离得到的样品的高频分量S(k‑k₀)和S(k+k₀)在频率域相应地平移‑k₀和+k₀；(e)将平移后的各个频率分量叠加在一起，得到第i方向下样品频谱其中，E_i(k)为第i方向下的样品频谱，H(k+k₀)和H(k‑k₀)为成像系统的光学传递函数平移分量，D₂(k+k₀)和D₃(k‑k₀)分别表示第i方向下得到的三幅全内反射结构光照明原始图像频率平移分量；(f)分别对其他两个方向获取的全内反射结构光照明原始图像重复步骤(a)～(e)，得到对应方向下的样品频谱；(g)将不同方向下的样品频谱叠加在一起，得到样品的全部频谱(h)对得到的样品全部频谱E(k)做傅里叶变换得到样品的横向超分辨图像。