[发明专利]一种基于偏振解调的点扫描超分辨成像方法和装置

权利要求书

1.一种基于偏振解调的点扫描超分辨成像装置，其特征在于，包括光源、承载待测样品的样品台，所述光源与样品台之间依次设有：

用于将光源发出的光束改变为线偏振光的1/4波片和1/2波片，

用于将线偏振光转变为切向偏振光的偏振转换器，

用于对相位进行调制最终将会聚光斑调制成多个线偏振光斑的空间光调制器，位相调制函数为：

其中为光束垂直光轴剖面内位置极坐标矢量与x轴的夹角，对应的是最终得到的线偏振光与x轴的夹角；

用于将激发光聚焦到样品上的显微物镜；

并设有收集所述待测样品发出的信号光的探测系统，以及控制所述空间光调制器内位相调制函数的控制器。

2.如权利要求1所述的点扫描超分辨成像装置，其特征在于，在所述空间光调制器与显微物镜间设有用于样品扫描的二维扫描振镜系统。

3.如权利要求1所述的点扫描超分辨成像装置，其特征在于，所述的探测系统包括：

用于滤去背景噪声、提高成像信噪比的窄带滤波片；

用于探测信号光的光强信号的探测器；

用于将信号光束聚焦到探测器上的聚焦透镜。

4.一种基于偏振解调的点扫描超分辨成像方法，其特征在于，包括步骤：

1)将激光光束调制为线偏振光；

2)线偏振光经过偏振转换器后被调制成为切向偏振光，切向偏振光再经过空间光调制器进行位相调制；

步骤2)中位相调制采用的位相调制函数为：

其中为光束垂直光轴剖面内位置极坐标矢量与x轴的夹角，对应的是最终得到的线偏振光与x轴的夹角；

3)通过调整相位得到偏振方向从0°到180°旋转的多个线偏振光斑，在扫描过程中收集不同线偏振光激发下待测荧光样品各扫描点发出的信号荧光；

4)根据扫描过程中收集的荧光信息，以及成像的偏振相位信息，通过估计偶极子的极化强度和极化方向来估计有效PSF，再经过去卷积实现对样品偏振信息进行解调并获得超分辨成像结果。

5.如权利要求4所述的点扫描超分辨成像方法，其特征在于，在进行偏振调制时，探测器上的光强分布符合泊松分布，且随偏振的改变呈周期性变化，可表示为：

其中，μ为到达探测器的光子数，r为探测器上位置，为激发光的偏振角度，r'为成像样品的位置，I₀由于系统响应不稳定引入的与偏振相关的周期性校正因子，U为系统的点扩散函数，g₀(r_i)和α_i分别为位置为r_i的第i个辐射偶极子的极化强度和极化方向，b(r′)为短时间内偏振不稳定的背景噪声，为随入射光偏振方向改变的有效辐射光子率。

6.如权利要求4所述的点扫描超分辨成像方法，其特征在于，在步骤4)中，采用最大后验概率估计作为极化强度的泊松统计模型，表达式为：

其中，为背景噪声余弦变化后得到的函数，其与极化强度相对独立但是有着相同的大小分布，μ为标准泊松分布函数，I为探测器探测到的光强，λ₁和λ₂为相应的可优化系数。

7.如权利要求6所述的点扫描超分辨成像方法，其特征在于，在步骤4)中，根据在偏振角度为的线偏振光照射下所激发出来的极化强度为

其中，M_j为可能到达像素i上的最大光子数，α_j为像素i的偶极子方向，因此根据已知的g，利用最小二乘曲线拟合能将计划方向α_i提取出来；

根据估计出来的可以得到最终的超分辨图形。