[发明专利]一种基于结构光照明的荧光偶极子定向方法

权利要求书

1.一种基于结构光照明的荧光偶极子定向方法，其特征在于，包括以下内容：

步骤1)：采用结构光显微系统获取具有偏振特性的荧光样本的原始图像和调制信息，并得到不同空间角度所对应的空间频域分量，其中，原始图像是指经结构光显微系统的相机传感器采集到的荧光样本图像，调制信息是指结构光显微系统的调制强度、相位和空间角度；其中，不同空间角度所对应的空间频域分量的具体计算过程为：

步骤1.1)：获取经结构光显微系统采集的荧光样本图像和相应调制信息，其中，x和y为荧光样本图像的像素阵列的横纵坐标，调制信息包括3个不同空间角度θ₁，θ₂和θ₃，对应的调制强度为m₁，m₂和m₃；对于每个空间角度，包括三个不同的相位和

步骤1.2)：对所有荧光样本图像分别进行傅里叶变换：

式中，为傅里叶域的频谱，FT为傅里叶算子，θ为空间角度，k_x、k_y为傅里叶域对应的空间频率；

步骤1.3)：根据调制信息，利用三个相位角和获得不同空间角度θ₁，θ₂和θ₃对应位置的频域分量：其中，重复计算三次，其中，k_r表示对应的二维空间频率；

步骤2)：将所有空间频域分量进行空间维度频域拼接得到荧光样本的二维超分辨率空域图像；且将所有空间频域分量的角度维度频域拓展得到荧光样本的偏振角度信息，具体过程为：

将在不同空间角度θ下得到的分别记做：和根据荧光样本材料的线性二向色性性质，则应有如下关系：

式中，分别代表在三维频域空间内的角度维度的拓展信息，上述方程组为一个线性方程组，系数矩阵可逆，因此可以得到唯一解：

由于最终的荧光样本图片相当于k_α＝0时的频域信息，故最终得到的结果为：将上述三项分别填充至三维频域空间的对应位置，得到三维全空间频域信息将三维全空间频域信息进行反傅里叶变化即可得到空间每个点的角度信息：

式中，IFT代表反傅里叶算子，k_α表示角度维度的频率，具体地，S(r₀,α)中幅值最大的角度即为空间位置r₀处的荧光偶极子的偏振角度，k_θ为方向θ对应的空间频率；

步骤3)：将荧光样本的二维超分辨率空域图像和偏振角度信息进行匹配得到超分辨率荧光偶极子定向结果。

2.如权利要求1所述的一种基于结构光照明的荧光偶极子定向方法，其特征在于，所述步骤2)将所有空间频域分量进行空间维度频域拼接得到荧光样本的二维超分辨率空域图像的具体过程为：将得到的不同空间角度所对应的空间频域变量分别进行局部维纳滤波后，在空间对应位置直接拼接；拼接完成后再进行一次全局维纳滤波，获得荧光样本的二维超分辨率频域图像；对二维超分辨率频域图像进行傅里叶逆变换后获得相应的二维超分辨率空域图像。