一种基于锁相探测的结构光照明超分辨显微成像重构方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115839936A(43)申请公布日2023.03.24(21)申请号202211589202.5(22)申请日2022.12.12(71)申请人之江实验室地址311121浙江省杭州市余杭区之江实验室南湖总部申请人浙江大学(72)发明人刘文杰谢舜宇匡翠方陈友华叶子桐董建杰(74)专利代理机构北京志霖恒远知识产权代理有限公司11435专利代理师戴莉(51)Int.Cl.G01N21/64(2006.01)G06T3/40(2006.01)G01N21/84(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种基于锁相探测的结构光照明超分辨显微成像重构方法(57)摘要本发明公开了一种基于锁相探测的结构光照明超分辨显微成像重构方法，包括：1)获取不同相位、不同方向的结构光照明原始图像；2)估算出条纹的调制频率和相位参数；3)进行锁相解调提取出样品的在焦信息并滤除离焦信息；4)将锁相探测得到的结果作为原始输入进行传统超分辨重构，重建出具有层切能力、高信背比的超分辨图片，本发明在保证重构的图片具有较高分辨率的同时，能有效去除离焦的背景信息干扰。CN115839936ACN115839936A权利要求书1/2页1.一种基于锁相探测的结构光照明超分辨显微成像重构方法，其特征在于，包括原始图像获取和锁相SIM重构；所述的原始图像获取是指通过SIM硬件系统获取不同相位、不同方向的结构光照明原始图像；所述锁相SIM重构是指对获得的结构光照明原始图像进行锁相探测并将得到的结果作为SIM输入重构样品超分辨图像，具体包含以下步骤：S1：在SIM硬件系统中，通过对入射光进行调制后在样品面形成非均匀照明光场，对样品进行激发；S2：在某一方向上对非均匀照明光场进行移相，记录不同相位的M张不同相位下的原始图像；S3：对非均匀照明光场进行方向旋转，产生N组不同方向干涉条纹；在每个方向下，重复操作S2，记录每一个方向下，不同相位下拍摄到的原始图像；S4：将S2和S3拍摄的N*M张原始图像，作为重构样品超分辨图像的原始图像；S5：建立原始图像与非均匀照明光场的关系式，计算所有方向上非均匀照明光场的调制频率和相位；S6：通过锁相探测的方式提取原始图像的在焦信息，同时滤除离焦信息，得到锁相图像；S7：将锁相图像作为SIM原始输入，结合非均匀照明光场的调制频率k0和相位重构样品超分辨图像。2.根据权利要求1所述的一种基于锁相探测的结构光照明超分辨显微成像重构方法，其特征在于：所述的SIM硬件系统包括任何现有的SIM硬件系统，所述的非均匀照明光场为条纹状，所述的锁相探测是指将结构光照明原始图像进行锁相解调提取出样品的在焦信息并滤除离焦信息。3.根据权利要求1所述的一种基于锁相探测的结构光照明超分辨显微成像重构方法，其特征在于，所述原始图像为拍摄的分辨率低于200nm的宽场低分辨率图像，数量在二维成像模式下是3*3，在三维成像模式下是5*3。4.根据权利要求1所述的一种基于锁相探测的结构光照明超分辨显微成像重构方法，其特征在于，所述步骤S5原始图像与非均匀照明光场的关系式中包括原始图像、非均匀照明光场、所成像样品的在焦信息、所成像样品的离焦信息、SIM硬件系统的探测点扩散函数。5.根据权利要求1所述的一种基于锁相探测的结构光照明超分辨显微成像重构方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下子步骤：S5.1：建立某个方向非均匀照明光场下，所拍摄样品图像与非均匀照明光场之间的关系表达式；S5.2：通过S5.1的关系表达式，计算照明条纹的调制频率k0和相位S5.3：对所有方向上的非均匀照明光场执行S5.1和S5.2的操作，计算所有非均匀照明光场的调制频率和相位。6.根据权利要求1所述的一种基于锁相探测的结构光照明超分辨显微成像重构方法，其特征在于：所述步骤S6的锁相探测包括基于互相关计算的锁相探测和基于交流分量提取的锁相探测。7.根据权利要求6所述的一种基于锁相探测的结构光照明超分辨显微成像重构方法，其特征在于：所述基于互相关计算的锁相探测包括以下步骤：2CN115839936A权利要求书2/2页S6.1.1：计算某一方向的原始图像在焦信号的互相关系数；S6.1.2：将该互相关系数与原始图像相乘，得到锁相探测后的图像。8.根据权利要求7所述的一种基于锁相探测的结构光照明超分辨显微成像重构方法，其特征在于：所述步骤S6.1.1中互相关系数的计算公式中包括非均匀照明光场强度分布及其平均值和标准差、原始图像强度分布及其平均值和标准差。9.根据权利要求6所述的一种基于锁相探测的结构光照明超分辨显微成像重构方法，其特征在于：所述基于交流分量提取的锁相探测包括以下步骤：S6.2.1：将原始图像分解为直流分量和交流分量的