[发明专利]一种基于算法恢复的差分共聚焦显微成像方法和装置

权利要求书

1.一种基于算法恢复的差分共聚焦显微成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)激光光束进入共聚焦荧光显微镜光路中，通过振镜对样品进行轴向扫描，对样品各扫描位置进行成像，得到样品的二维共聚焦成像结果I_confocal；

2)在共聚焦荧光显微镜的照明光路中，对激光光束进行相位调制，在垂直于光轴的截面上形成中空光斑，利用步骤1)的方法得到样品的二维中空光束成像结果I_donut；

在所述空间光调制器的入射光路上设有满足空间光调制器对光束的偏振要求的偏振片，且入射到所述空间光调制器上的偏振光束的入射方向与调制平面的法线方向之间的夹角小于5°；

3)使用盲卷积算法对二维共聚焦成像结果I_confocal和二维中空光束成像结果I_donut进行恢复，得到恢复后的图像I_restored；

使用盲卷积算法对二维共聚焦成像结果I_confocal和二维中空光束成像结果I_donut进行恢复的迭代过程如下：

其中，o₁表示通过二维共聚焦成像结果恢复得到的物的结果，o₂表示通过二维中空光束成像结果恢复得到的物的结果，o表示将共聚焦和中空光束成像联合恢复的结果，o_r是o沿着中心转动180°的结果；psf_c表示共聚焦的点扩散函数，psf_cr是psf_c沿着中心转动180°的结果；psf_d是中空光束的点扩散函数，psf_dr是psf_d沿着中心转动180°的结果；I_confocal是步骤1)中得到的二维共聚焦的成像结果，I_donut是步骤2)中得到的二维中空光束的成像结果；t表示迭代的次数；normalized表示归一化计算；

4)使用相减系数α_s，从图像I_restored中减去中空光束成像结果I_donut，并将得到的结果中的负值归零，得到最终二维图像I_final，即

5)控制共聚焦荧光显微镜的物镜以一定的步长沿光轴移动，在每一个移动位置重复步骤1)～4)，得到相应移动位置的最终二维图像；

6)将步骤5)中所有移动位置的最终二维成像结果进行三维重构，得到样品的三维成像结果。

2.根据权利要求1所述的差分共聚焦显微成像方法，其特征在于，步骤2)中，使用空间光调制器对激光光束进行0-2π的涡旋相位调制。

3.根据权利要求1所述的差分共聚焦显微成像方法，其特征在于，步骤2)中，使用相位掩膜板对激光光束进行0-2π的涡旋相位调制。

4.根据权利要求3所述的差分共聚焦显微成像方法，其特征在于，在激光光束的光路上设置两个偏振分束镜，激光光束经过第一个偏振分束镜时，垂直偏振光被反射，平行偏振光穿过，被反射的垂直偏振光被相位掩模板调制成中空光束；平行偏振光与垂直偏振光在第二个偏振分束镜处进行合束。

5.根据权利要求4所述的差分共聚焦显微成像方法，其特征在于，在所述的垂直偏振光和所述的平行偏振光的光路中各加入一个控制光路通断的电控开关。

6.一种用于实现权利要求1至5任一权利要求所述的基于算法恢复的差分共聚焦显微成像方法的装置，包括发出激光光束的光源，其特征在于，沿所述激光光束的光路上依次设有：

光源，发出激光光束；

相位调制组件，对所述激光光束进行相位调制；

二向色镜，将激光光束分出一条探测光路，该探测光路上设置有用于收集样品所发出荧光强度的光电二极管；

振镜，对样品进行扫描；

物镜，将激光光束聚焦到样品上。