[发明专利]基于环形阵列光源照明的三维全内反射显微成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于环形阵列光源照明的三维全内反射显微成像方法，其特征在于，适用于一种基于环形阵列光源照明的三维全内反射显微成像装置，所述方法包括如下步骤：

步骤a：从环形LED阵列(1)中的最外层开始，逐次顺序点亮单个LED灯，使照明光束在对应半径的圆周半径上移动，每点亮一个不同照明角度的LED灯，图像采集模块(6)拍摄一次图像，逐次点亮该层环形LED阵列中的所有N个LED灯，实现对样品的360°圆周扫描照明，得到N张相同倏逝场照明深度、不同照明方位角的待测样品散射光强分布图像，重复上述过程，直至完成最内层环形LED阵列对样品的360°圆周扫描照明，共得到M×N张不同倏逝场照明深度、不同照明方位角的待测样品散射光强分布图像，即获得四维数据集{I_i,j(x,y)，i＝1,2,3,…M，j＝1,2,3,…N，x＝1,2,3,…,P_x，y＝1,2,3,…,P_y,}，其中x,y为图像像素的行号和列号，P_x为图像每行的总像素数，P_y为图像每列的总像素数；

步骤b：对第i层环形LED阵列照明所得的N幅光强分布图像的每个相同位置像素点利用如下公式进行m阶自相关量的计算，得到M张分辨率提升的超分辨图像即获得三维数据集

其中，x,y代表像素位置，I_i,j(x,y)代表图像采集模块(6)在第i层环形LED阵列中第j个LED灯照明下所获取的图像，N为一次360°圆周扫描所获取的图像数量，m代表计算阶数，m为不大于4的正整数；

步骤c：对M张超分辨图像分别进行迭代去卷积，其中，i＝1,2,3,…M，m代表计算阶数，然后取次方消除非线性效应，得到M张分辨率提升的二维超分辨图像；

步骤d：基于M张二维超分辨率图像和Split-Bregman方法计算并分离不同深度倏逝场照明下图像的三维层析信息，实现三维超分辨成像；

一种基于环形阵列光源照明的三维全内反射显微成像装置，其特征在于，包括：偏振照明模块和检偏探测模块；

所述偏振照明模块按照光线传播方向依次包括：环形LED阵列(1)和圆锥透镜(2)；其中，所述圆锥透镜(2)上放置有样品(3)；

所述环形LED阵列(1)由M个半径不同的单层环形LED阵列组成；所述圆锥透镜(2)由M个倾斜角度不同的圆台组成，且圆锥透镜(2)的第i个圆台侧表面倾斜角度与第i层环形LED阵列的照明倾角相一致，使得照明光束垂直入射所述圆锥透镜(2)后与光学系统主光轴夹角不同，且所述夹角大于全内反射临界角θ_c，其中，θ_c＝arcsin(n)，n为圆锥透镜折射率，i为从1到M的整数；

所述检偏探测模块按照光线传播方向依次包括：物镜(4)、管镜(5)和图像采集模块(6)；

每层环形LED阵列中的单个LED灯依次发出照明光束，并进入所述圆锥透镜(2)，并在所述圆锥透镜(2)与样品(3)交界面产生倏逝场；所述样品(3)经过倏逝场照明后所产生的散射光依次通过物镜(4)和管镜(5)后被图像采集模块(6)接收。

2.根据权利要求1所述的一种基于环形阵列光源照明的三维全内反射显微成像方法，其特征在于，每层环形LED阵列均由N个均匀排布的LED灯组成且相邻层的LED灯位置对应设置。

3.根据权利要求1～2任意一项所述的一种基于环形阵列光源照明的三维全内反射显微成像方法，其特征在于，所述图像采集模块(6)包括：相机。

4.根据权利要求1所述的一种基于环形阵列光源照明的三维全内反射显微成像方法，其特征在于，在步骤a中还包括：对得到的M×N张待测样品散射光强分布图像进行反卷积去噪预处理。

5.根据权利要求1所述的一种基于环形阵列光源照明的三维全内反射显微成像方法，其特征在于，在步骤c中，利用下式对得到的超分辨图像进行迭代去卷积：

其中，h为系统点扩散函数，y为去卷积后图像，第一次迭代时，i为从1到M的整数，FFT与iFFT分别为快速傅里叶变换和快速逆傅里叶变换，j为迭代次数。

6.根据权利要求5所述的一种基于环形阵列光源照明的三维全内反射显微成像方法，其特征在于，j的最大值为100。