[发明专利]空域中直接重构结构光照明超分辨图像的快速方法及系统

权利要求书

1.一种空域中直接重构结构光照明超分辨图像的快速方法，在线性激发响应的情况下，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)、结构光场的产生和相移：

由激光或发光二极管LED光源照明，经空间光调制器SLM或数字微镜器件DMD光场调制器件调制，在样品上形成光强满足一维余弦函数分布的结构光照明光场；所述结构光照明光场的强度满足公式(1)的分布：

式中r表示样品平面的二维物坐标，I₀表示结构光场的光强平均值，m表示调制度，k₀表示空间频率，表示初相位；

控制光场调制器件使得在样品平面内产生3个不同空间方向且相邻方向夹角θ＝120°的结构光场；在每个空间方向上，以相移量产生3个不同相移量的结构光场，其相位依次分别为和依此共产生9个不同位置的结构光场，用于照明并激发样品产生荧光信号；

步骤2)、面阵数字相机采集荧光图像：

对应于3个空间方向上的3个相移结构照明光场，经荧光显微系统成像后，在成像系统的像面上由面阵数字相机CMOS或CCD依次记录共获得9幅结构光照明的荧光图像，按空间方向分为3组，每组含3个不同相位，分别记为：{D₁₁(r’)，D₁₂(r’)，D₁₃(r’)}、{D₂₁(r’)，D₂₂(r’)，D₂₃(r’)}、{D₃₁(r’)，D₃₂(r’)，D₃₃(r’)}，其中r’代表像平面二维像坐标；

步骤3)、超分辨图像重构处理：

步骤3.1)、根据结构光场的光强平均值I₀，调制度m，空间频率k₀，3个空间方向上的初相位和相移量2π/3，生成公式(2)所示的解调系数矩阵，也对应按空间方向分为3组，每组含3个不同相位，分别记为：{c₁₁(r’)，c₁₂(r’)，c₁₃(r’)}、{c₂₁(r’)，c₂₂(r’)，c₂₃(r’)}、{c₃₁(r’)，c₃₂(r’)，c₃₃(r’)}；

步骤3.2)、将步骤2)中采集的9幅结构光照明的荧光图像与步骤3.1)中生成的解调系数矩阵，按序列经公式(3)计算，得到初始超分辨图像R_SDR(r’)：

步骤3.3)、将理论或实验获得的光学系统点扩展函数H(r’)，按照公式(4)生成新的超分辨等效点扩展函数P(r’):

P(r’)=H(r’)[1+cos(2πk₀r’)] (4)

步骤3.4)、利用步骤3.2)中获得的初始超分辨图像R_SDR(r’)和步骤3.3)生成的超分辨等效点扩展函数P(r’)，完成去卷积运算，获得最终的超分辨图像R_SIM(r’)。

2.一种空域中直接重构结构光照明超分辨图像的快速系统，包括处理器及存储器，其特征在于：所述存储器中存储计算机程序，计算机程序在处理器中运行时，执行权利要求1步骤3)所述的方法。

3.一种计算机可读存储介质，其特征在于：储存有计算机程序，计算机程序被执行时实现权利要求1步骤3)所述的方法。