[发明专利]一种自适应像差校正图像扫描显微成像方法

说明书

本发明涉及一种自适应像差校正图像扫描显微成像方法与装置，属于光学显微测量领域；本发明在图像扫描显微成像方法中引入像差校正系统进行自适应像差校正。在校正前直接利用sCOMS进行全像素预成像，并利用全像素图像形成自适应像差校正评价函数。在校正过程中实时测试图像评价函数，并利用计算机控制像差校正系统进行自适应像差校正。这一过程无须扫描，快速、简单。利用像差校正过程中的评价函数变化重新设定像素重分配过程的参数，优化像素重分配过程。利用残余像差大小来设定激光扫描显微过程中，sCMOS相机有效像元的个数。该方法可有效校正图像扫描显微成像系统的像差，提升像素重分配过程的有效性，最大限度实现图像扫描成像分辨率的提升。

技术领域

本发明属于光学显微测量领域，主要涉及一种用于微型器件、表面形貌和生物样品中三维微细结构测量的超精密非接触测量方法。

背景技术

传统光学显微成像技术的分辨率受到衍射极限的限制。针对这一问题，科学家们提出了许多显微成像方法以提升成像分辨率。共焦扫描显微采用点探测，通过聚焦光斑扫描样品，并采用光学针孔进行切趾，有效提升了成像分辨率。但由于针孔的存在，也带来了成像信噪比降低的问题。结构光照明技术通过对照明光进行调制，可实现分辨率提升。但是结构光显微成像系统结构复杂，且图像后续处理数据量大。受激辐射损耗（STED）显微技术可将显微成像分辨率提升到几十纳米，但该技术需要对样品进行荧光染色，影响生物样品活性。

图像扫描显微是近几年快速发展起来的一种光学显微方法。该方法将传统扫描显微成像方法中的点探测替代为阵列探测，并经过后续信号处理、像素重新分配等技术将传统扫描显微成像方法的分辨率提升了近两倍。该方法在保证分辨率提升的同时，还保持了良好的信噪比

在图像扫描显微成像方法中，像素重新分配这一技术至关重要，是分辨率提升的关键步骤。选定像素所探测到光强分布，直接决定最后重构的图像。但是，当利用图像扫描显微成像方法对样品进行深度测量时，由于折射率失配，从而影响像素重分配的效果，降低图像扫描显微成像分辨率。

发明内容

针对上述技术问题， 本发明提出一种自适应像差校正图像扫描显微成像方法与装置，其创新在于：在图像扫描显微成像方法中引入像差校正系统进行自适应像差校正。在校正前直接利用sCOMS进行全像素预成像，并利用全像素图像形成自适应像差校正评价函数。在校正过程中实时测试图像评价函数，并利用计算机控制像差校正系统进行自适应像差校正。这一过程无须扫描，快速、简单。利用像差校正过程中的评价函数变化重新设定像素重分配过程的参数，优化像素重分配过程。该方法可有效校正图像扫描显微成像系统的像差，提升像素重分配过程的有效性，最大限度实现图像扫描成像分辨率的提升。

本发明的目的是这样实现的：

一种自适应像差校正图像扫描显微成像装置，所述装置包括：激光器、准直扩束系统、第一分束器、像差校正系统、二维扫描振镜、扫描透镜、管镜、宽场照明光源、第二分束器、物镜、样品、三维位移台、探测透镜、sCOMS相机、计算机控制系统。

其中，所述激光器发出的激光经过准直扩束系统后由第一分束器反射进入像差校正系统；通过计算机连接像差校正系统对入射光场的波面进行相位调制；经调制后的激光依次经过二维扫描振镜、扫描透镜、管镜，透过第二分束器后由物镜聚焦后对样品进行点探测；样品放置于三维位移台上；携带样品信息的反射光由物镜收集，沿原光路返回透过第一分束器，由探测透镜成像于sCMOS相机成像面；宽场照明光源通过第二分束器反射对样品进行宽场照明；完整成像过程由计算机控制系统进行控制。

进一步地，所述的宽场照明光源可以是白光光源或者单色光源。

进一步地，所述的像差校正系统包括空间光调制器和可变形反射镜。

一种自适应像差校正图像扫描显微成像方法，包括以下步骤：

步骤一：开启宽场照明光源照明样品，设置sCMOS相机对样品进行全像素成像。根据图像计算像差评价函数；