[发明专利]一种基于数字微镜器件的高速结构照明光学显微系统及方法

权利要求书

1.一种基于数字微镜器件的高速结构照明光学显微系统，其特征在于：包括照明光源(1)、设置在照明光源光路上的分光棱镜(2)、设置在分光棱镜(2)的反射光路上的结构光产生器(3)、设置在分光棱镜(2)的透射光路上的透镜(4)、设置在透镜光路上的分光镜(5)、设置在分光镜(5)上方光路上的显微物镜(6)和载物台(7)、设置在分光镜(5)下方光路上的反光镜(8)和筒镜(9)、设置在筒镜后方的CCD相机(10)。

2.根据权利要求1所述的高速结构照明光学显微系统，其特征在于：所述结构光产生器(3)为数字微镜器件DMD。

3.根据权利要求1或2所述的高速结构照明光学显微系统，其特征在于：所述照明光源(1)为非相干单色LED光源或复色LED光源。

4.一种基于数字微镜器件的高速结构照明光学显微方法，其特征在于：包括以下步骤：

1】形成结构照明光场：

照明光源产生的照明光入射到分光棱镜(2)上，入射光经分光棱镜(2)反射，垂直照射在数字微镜器件DMD上，数字微镜器件DMD使反射光透过分光棱镜(2)入射到透镜(4)上，再经过分光镜(5)，通过显微物镜从下方照明放置在载物台上样品，形成结构照明光场；

2】CCD相机采集二维图像：

2.1】加载三幅结构照明光场：

控制数字微镜器件DMD先后加载三幅具有相同空间方向、不同相位的结构照明光场；

2.2】采集图像：

CCD相机通过显微物镜分别对应采集三幅结构照明光场不同相位的二维图像，得到三幅不同相位的二维图像；

3】图像处理：

将三幅不同相位的二维图像分别进行傅里叶变换，再通过图像处理算法求解出各个二维图像的傅里叶频谱分量，得到在当前空间方向上样品的高阶和低阶傅里叶频谱信息；

4】改变结构照明光场的空间方向

4.1】控制数字微镜器件DMD改变结构照明光场的空间方向，使改变后的当前空间方向与步骤2】中的空间方向垂直，

4.2】重复步骤2.2】和步骤3】，得到在当前空间方向上样品的高阶和低阶傅里叶频谱信息；

5】把步骤3】和步骤4】得到的两个空间方向上样品高阶和低阶傅里叶频谱信息移动到它们所在样品频谱中的正确位置，再将各个频谱分量进行数字滤波后按一定权重叠加在一起，进而得到样品的全部高阶和低阶傅里叶频谱信息；

6】将样品的全部高阶和低阶傅里叶频谱信息进行逆傅里叶变换，得到超分辨的样品图像。

5.一种基于数字微镜器件的高速结构照明光学显微方法，其特征在于：包括以下步骤：

1】形成结构照明光场：

照明光源产生的照明光入射到分光棱镜(2)上，入射光经分光棱镜(2)反射，垂直照射数字微镜器件DMD，数字微镜器件DMD使反射光透过分光棱镜(2)入射到透镜(4)，再经过分光镜(5)，通过显微物镜从下方照明样品，形成结构照明光场；

2】控制数字微镜器件DMD加载三幅不同相位的结构照明光场，CCD相机通过显微物镜分别对应采集三幅不同相位的结构照明光场的二维切面图像I₀、I₁₂₀和I₂₄₀，得到对应层的二维切面图像；

3】通过公式(1)进行图像运算得到样品的层析图像I_z(x，y)：

Iz(x,y)=[(I0-I120)2+(I120-I240)2+(I240-I0)2)]/2---(1)]]>

4】沿Z方向垂直移动显微物镜，

并重复步骤2】和步骤3】，得到样品当前层的二维切面图；

5】多次重复步骤4】，通过获取一系列Z方向样品的二维切面图，最终得到样品完整的三维图像信息I(x，y，z)。