[发明专利]基于结构光照明的超分辨扫描光场成像系统和方法

权利要求书

1.一种基于结构光照明的超分辨扫描光场成像系统，其特征在于，包括结构光照明模块、成像镜头、二维扫描系统、微透镜阵列、图像传感器、控制系统、重建模块，其中，

所述结构光照明模块，用于生成正弦周期的照明调制，照射目标样本；

所述成像镜头，包括显微领域的物镜、管镜，用于放大目标样本，并成像于所述二维扫描系统的图像平面上；

所述二维扫描系统，包括二维扫描振镜和中继透镜对，所述二维扫描振镜放置于所述中继透镜对的频域平面内，所述二维扫描振镜，用于在所述频域平面内旋转光路角度，以亚像素平移所述图像平面，所述中继透镜对，用于匹配所述物镜和所述微透镜阵列之间的数值孔径，并放大或缩小所述图像平面；

所述微透镜阵列，用于在后焦平面上调制不同的光束，并根据经过亚像素平移图像平面调制得到多个调制图像；

所述图像传感器，用于记录所述多个调制图像；

所述控制系统，用于同步触发所述结构光照明模块、所述二维扫描系统和所述图像传感器；

所述重建模块，用于获取所述图像传感器记录的多个调制图像，并通过三维重建算法、频域融合算法实现超分辨三维成像。

2.如权利要求1所述的基于结构光照明的超分辨扫描光场成像系统，其特征在于，所述结构光照明模块，在目标样本三维平面内生成均一的正弦周期照明图样，用于实现超过10微米轴向范围的条纹照明。

3.如权利要求1所述的基于结构光照明的超分辨扫描光场成像系统，其特征在于，所述二维扫描振镜包括X方向扫描振镜和Y方向扫描振镜，以所述频域平面建立坐标系，以像素分辨率为最小扫描单位，对第一图像平面进行快速振动。

4.如权利要求1所述的基于结构光照明的超分辨扫描光场成像系统，其特征在于，所述微透镜阵列与所述图像传感器通过成像相机镜头耦合。

5.如权利要求1所述的基于结构光照明的超分辨扫描光场成像系统，其特征在于，所述控制系统，用于同时触发空间光调制器、二维扫描振镜和所述图像传感器，实现当二维振镜扫描到一个具体位置时，空间光调制器顺序依次输出9张正弦图像，在同步的过程中，设置延迟时间，保证在相机采集的过程中，空间光调制器和二维振镜保持稳定状态。

6.如权利要求1所述的基于结构光照明的超分辨扫描光场成像系统，其特征在于，所述三维重建算法为：分别对不同结构光信息的9组扫描光场图像，融合多角度信息重建三维图像；

所述频域融合算法具体为：将带有结构光信息的9张三维图像合成为1张超分辨三维图像。

7.一种基于结构光照明的超分辨扫描光场成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过空间光调制器，生成正弦周期的照明调制，并通过涡旋半波片调整照明的偏振方向，使其与正弦照明条纹的方向一致，用该偏振正弦结构光来照射目标样本；

通过成像镜头放大目标样本，在成像系统的第一图像平面后加入中继透镜，在频域平面内加入二维扫描振镜旋转光路角度；

在中继透镜后焦面放置微透镜阵列，在微透镜阵列的后焦平面上放置相机；

使用控制系统同步控制振镜扫描与空间光调制器图像切换，实现结构光扫描光场图像的采集；

使用三维重建算法、频域融合算法对所述光场图像进行处理，生成超分辨三维图像。

8.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求7中所述的基于结构光照明的超分辨扫描光场成像方法。