[发明专利]基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法及系统

权利要求书

1.一种基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

经扩束准直后的激光光束以预设角度照射至数字微镜元件上；

所述数字微镜元件对激光光束进行反射后投射至样品面上；

等间隔切换所述数字微镜元件的照明模式，激发样品面上产生周期性排列的点阵并随着照明模式切换移动，直到样品面全部被激发产生荧光；

对样品面被激发产生的荧光进行相位调制，将高斯分布的荧光信号转换为双螺旋形式的荧光信号，通过探测器在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据；

根据采集到的图像数据对每幅图片上所有的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，对所有亚区域进行波前重构处理，得到样品的三维重构图；

所述根据采集到的图像数据对每幅图片上所有的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据，对所有亚区域进行波前重构处理，得到样品的三维重构图的步骤包括：

根据采集到的图像数据尺寸，生成一个预设倍数尺寸的零矩阵I₀；

读取采集到的图像数据中的第n幅图I_n，对I_n中的双螺旋点进行定位并截取，获得若干个亚区域图像数据S₁，S₂…S_n，每个亚区域图像数据中仅存在一个双螺旋点；

对所有亚区域图像数据进行并行处理，通过双高斯拟合获取亚区域图像数据S_n中双螺旋点的两个强度峰坐标(x_n，1，y_n，1)，(x_n，2，y_n，2)，附上高斯分布的数字针孔并计算双螺旋的旋转角度θ_n；

对附加数字针孔后的双螺旋点进反卷积处理，使其转换为高斯点，并对反卷积之后的高斯点进行定位，计算其在I_n上的坐标位置(x，y)，将高斯点的强度分布复制到I₀的(a*x，a*y)位置上，其中a为预设倍数；

继续读取图像数据中的第n+1幅图并进行亚区域截取以及数据处理，直到所有图像数据处理完成，将I₀的图像尺寸缩小为1/a得到样品的三维信息图像，并根据双螺旋的旋转角度θ_n与样品离焦距离的对应关系，计算出每个扫描位置的样品深度，重构得出样品的深度图。

2.根据权利要求1所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法，其特征在于，所述数字微镜元件对激光光束进行反射后投射至样品面上的步骤具体包括：

激光光束经数字微镜元件反射后进入4f系统，并通过设置在傅里叶面上的光阑滤除多余衍射级的反射光后投射到样品面上。

3.根据权利要求1所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法，其特征在于，所述对样品面被激发产生的荧光进行相位调制，将高斯分布的荧光信号转换为双螺旋形式的荧光信号，通过探测器在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据的步骤包括：

样品面被激发产生的荧光传输至相位调制单元；

在相位调制单元上载入双螺旋点扩散函数相位，对高斯分布的荧光信号进行相位调制，将其转换为双螺旋形式的荧光信号；

通过探测器在每次切换照明模式时采集所述双螺旋形式的荧光信号，获得若干幅图像数据。

4.根据权利要求1所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法，其特征在于，所述附上高斯分布的数字针孔的步骤具体包括：

根据公式生成双高斯分布的数字针孔并与双螺旋点的强度峰坐标相乘，其中c为常数。

5.根据权利要求1所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法，其特征在于，所述预设倍数为两倍。

6.根据权利要求3所述的基于双螺旋点扩散函数的多焦点扫描三维成像方法，其特征在于，所述相位调制单元为相位板或空间光调制器。