[发明专利]结构光照明显微成像系统、方法

权利要求书

1.一种结构光照明显微成像系统，其特征在于，包括：

照明系统，用于出射光波信号到衍射光学系统上；

衍射光学系统，用于对接收到的所述光波信号进行调制，产生二维正弦周期性点阵光斑，并利用所述二维正弦周期性点阵光斑对目标样品进行扫描；

所述衍射光学系统包括衍射光学元件和照明物镜，所述衍射光学元件，用于对接收到的所述光波信号的光场分布进行调制，还用于调节所述照明物镜后焦面的所述二维正弦周期性点阵光斑的周期、数目；所述照明物镜，用于配合所述衍射光学元件在所述照明物镜的后焦面上产生所述二维正弦周期性点阵光斑；

位移台，用于移动所述目标样品，以使所述二维正弦周期性点阵光斑对所述目标样品进行移相扫描；

显微成像系统，用于在所述位移台每次移动所述目标样品之后获取所述目标样品的扫描图像，并基于得到的多张所述扫描图像进行超分辨重构；

所述二维正弦周期性点阵光斑为由一个平面内两个或多个不同方向的一维正弦分布图案通过相加或相乘所产生的点阵光斑。

2.根据权利要求1所述的结构光照明显微成像系统，其特征在于，所述照明系统包括：

照明组件，用于出射所述光波信号；

准直扩束组件，用于对所述光波信号进行准直和扩束，以使所述光波信号的光斑尺寸适应所述衍射光学系统的接收面尺寸。

3.根据权利要求2所述的结构光照明显微成像系统，其特征在于，所述照明组件为激光器或者LED发光器。

4.根据权利要求1所述的结构光照明显微成像系统，其特征在于，所述衍射光学元件贴于所述照明物镜的入瞳位置或者位于所述照明物镜的入瞳位置的前方预设位置，且所述衍射光学元件的口径尺寸与所述照明物镜的入瞳尺寸适配，所述目标样品位于所述照明物镜的后焦面上。

5.根据权利要求1所述的结构光照明显微成像系统，其特征在于，所述衍射光学元件为二元光学元件、全息光学元件、微纳光学元件、超构表面和空间光调制器中的任意一个或者任意组合。

6.根据权利要求1所述的结构光照明显微成像系统，其特征在于，所述系统还包括控制系统，

所述控制系统，用于控制所述位移台移动，以及控制所述显微成像系统获取所述目标样品的扫描图像。

7.根据权利要求1所述的结构光照明显微成像系统，其特征在于，所述显微成像系统包括：

成像物镜，用于对所述二维正弦周期性点阵光斑扫描的所述目标样品进行成像，得到初始图像；

荧光滤色片，用于对所述初始图像进行滤波处理；

镜筒透镜，用于对所述初始图像进行像差校正和放大率匹配；

图像传感器，用于获取所述目标样品的扫描图像，以及根据多张所述扫描图像进行超分辨重构。

8.根据权利要求1所述的结构光照明显微成像系统，其特征在于，所述二维正弦周期性点阵光斑的数学模型为：

或者，

其中，为二维结构光图案光强分布，n为结构光照明图案的序号，在两种不同的图案下，n通常为[1,9]区间的整数，为空域内的位置矢量，分别为二维结构光图案在x、y方向周期所对应的空间频率，φ_xn、φ_yn分别为第n帧原始图像在x、y方向的相位参数。

9.一种结构光照明显微成像方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8中任一项所述的结构光照明显微成像系统，所述方法包括：

利用衍射光学元件生成二维正弦周期性点阵光斑，所述二维正弦周期性点阵光斑成像于结构光照明显微镜成像系统的目标样品上；

利用所述二维正弦周期性点阵光斑对目标样品进行移相扫描，得到多张扫描图像，根据多张所述扫描图像进行超分辨重构。