[发明专利]基于光片结构光的显微层析超分辨率成像方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于光片结构光的显微层析超分辨率成像方法及系统，其中，方法包括：对光照端的入射光进行空间调制，以生成光片从侧面照明样本；将光照端的光片调制成多个不同频率且不同方向的样式图案，并相应地在探测端拍摄多张图像；根据多张图像通过结构光超分辨率方法提高图像分辨率，以得到超分辨率显微层析成像图像。该方法可以有效提高成像分辨率，消除背景噪声。

技术领域

本发明涉及物理光学、计算摄像学、生命科学技术领域，特别涉及一种基于光片结构光的显微层析超分辨率成像方法及系统。

背景技术

光学显微镜是一种光学仪器，主要用于放大微小物体(纳米-微米级别)，从而使人们能够观测到用肉眼无法看到的微观结构(如细胞、病毒等)。目前，光学显微镜已经成为生命科学领域不可或缺的仪器设备。光学显微镜包括多种类型，用于各类不同的研究目的，常见的有普通光学显微镜与荧光显微镜。其中，荧光显微镜利用免疫荧光技术，使用荧光素标记技术来标定目标。当一定波长的入射光照射在样本上时，这些荧光素会由于原子的能级跃迁从而发出荧光，从而使得肉眼不可见的样本变为可见。借助于化学材料领域的高速发展，现在几乎所有的可见光谱段都有对应的各种荧光标记物可供选择。因此，荧光显微镜已经成为生物学家重要的成像工具，实现了在生命科学领域的广泛应用。

光片显微技术是一种三维层析荧光显微成像方法。技术上，光片显微技术通过对光照端的入射光进行空间调制，实现一薄层光片从侧面照明样品，因此仅激发样品深度的一个薄层。该薄层受激发后发射的荧光沿着垂直于照明平面的光轴在样品的上方或下方采集。通过这样的照明方法，照明平面的上部和下部的荧光分子都不会被激发产生荧光。最后通过扫描不同深度的图像，实现显微三维深度层析成像。该技术采用宽场照明，因此具有较高的成像时间分辨率；采用光片照明，具有较高的深度分辨率，同时对生物样本具有极小的光损伤和光漂白。因此光片显微被广泛应用于生命科学领域观测三维样本，实现显微层析成像。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于光片结构光的显微层析超分辨率成像方法，可以有效提高层析成像分辨率，消除背景噪声。

本发明的另一个目的在于提出一种基于光片结构光的显微层析超分辨率成像系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于光片结构光的显微层析超分辨率成像方法，包括以下步骤：对光照端的入射光进行空间调制，以生成光片从侧面照明样本；将所述光照端的光片调制成多个不同频率且不同方向的样式图案，并相应地在探测端拍摄多张图像；根据所述多张图像通过结构光超分辨率方法提高图像分辨率，以得到超分辨率显微层析成像图像。

本发明实施例的基于光片结构光的显微层析超分辨率成像方法，通过将光片显微层析成像技术与结构光超分辨率技术相结合，利用光片显微技术在光照端对介质散射的鲁棒性，结合结构光超分辨率技术，提高传统显微三维层析成像的分辨率，有效提高图像分辨率，实现超分辨率显微层析成像。

另外，根据本发明上述实施例的基于光片结构光的显微层析超分辨率成像方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对光照端的入射光进行空间调制，进一步包括：利用柱透镜、贝塞尔(Bessel)光线调制或者栅格(lattice)光线调制方法，将所述入射光调制成所述光片，以从侧面照明所述样本的某一深度层。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过改变扫描函数、DMD调制、声光可调谐滤波器调制或者旋转样本，将所述光片调成成不同图案。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过频域拼接算法、交替投影算法等重构所述样本图像。