[发明专利]一种六边形晶格照明的超分辨显微系统及图像重构方法

说明书

本发明属于显微镜技术领域，提供了一种六边形晶格照明的超分辨显微系统及图像重构方法，包括：一数字微镜器件，其中包含多个微镜，其微镜被设定为六边形阵列，对照明光进行反射从而将所述照明光调制为六边形的结构光；以及中央控制单元，其被配置为控制所述数字微镜器件按特定时序调节微镜反射角度以产生多张相移图像，并对相机探测模块采集图像完成后对图像堆栈进行重构而输出超分辨图像。本发明的优点在于通过采用六边形结构光，不需要像传统超分辨结构光照明一样在三个方向上进行拍摄，从原理上降低一张超分辨图像所需的单相图的数量，同时在GPU下并行运算，从而提升超分辨图像重构所需要的时间，使重构帧速率达到实时重构所需的标准。

技术领域

本发明涉及显微镜技术领域，尤其涉及一种六边形晶格照明的超分辨显微系统及图像重构方法。

背景技术

在传统的宽场荧光显微镜中，除非样品非常平坦，其他所有的图像都会受到来自显微物镜焦平面纵向深度一定误差内荧光发射的影响。结构照明显微镜通过将线性网格投影到样本上，提供了一种更好的方法来消除这种不必要的图像影响。该方法需要在线网格的不同位置处拍摄不同相位的图像，采用匹配的重构算法，可以从一定数量的单相位图像中得到超分辨图像。

近年来，大多数传统方法采取在单一方向上运用线网格的调制模式用于结构照明。Gustafsson提出的二维SIM超分辨重建算法中，一张超分辨图像需要至少输入9张原始图像，9张图像分为3组，每组在三个照明方向上分别具有三个相应的相移图像，其超分辨重建方法采用3个线性方程组求解和移频，最终得到各个方向上的分辨率提升。传统重构方法受限于系统响应速度或重构算法处理速度影响，超分辨图像重构的帧速率较低，视频帧的重构速度较低，难以达到实时重构的要求。为提升超分辨重建算法的速度，一些新的方法可以采用输入低至4张图的原始单相图像来进行重建，但在构造结构光时，对初相位的鲁棒性低，需要在系统搭建时以更高精度对相位值进行设定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于DMD进行结构光调制与图像堆栈超分辨重构的显微镜技术，在六边形结构光的模式下，只需要7张单相图即可重构出一张超分辨图像，用以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种六边形晶格照明的超分辨显微系统，所述系统至少包括照明光路模块和相机探测模块，所述照明光路中设置的多色激光器所发出的照明光至待测样品上产生荧光而被所述相机探测模块采集，包括：

一数字微镜器件，其中包含多个微镜，其微镜被设定为六边形阵列，对照明光进行反射从而将所述照明光调制为六边形的结构光；以及中央控制单元，其被配置为控制所述数字微镜器件按特定时序调节微镜反射角度以产生多张相移图像，并对相机探测模块采集图像完成后对图像堆栈进行重构而输出超分辨图像。

进一步的，所述相机探测模块与所述数字微镜器件之间设置有一二向色镜，其被配置为将所述数字微镜器件中发出的发射光反射至待测样品处而激发荧光，所激发的荧光由所述二向色镜透射至所述相机探测模块进行图像采集。

进一步的，所述数字微镜器件与所述二向色镜之间沿光传输路径依次设置有管镜和第一滤光片，通过所述管镜进入显微镜镜架，并由所述第一滤光片滤除杂散光后将所述数字微镜器件产生的结构光传播至所述二向色镜。

进一步的，在所述二向色镜与相机探测模块之间沿光传输路径依次设置有第二滤光片及会聚透镜，经所述二向色镜透射后的荧光通过所述第二滤光片滤除激发光外波长的光线，由所述会聚透镜聚焦于相机探测模块进行收集。

进一步的，所述照明光路模块除多色激光器外，还包括按照光源传输路径前后顺序依次设置的物镜、五角棱镜、双胶合透镜与反射镜；由所述物镜对多色激光器激发的照明光进行扩束，经所述五角棱镜折叠空间大小，并在所述双胶合透镜处汇聚经过所述物镜后发射的平行光束，由所述反射镜调整入射所述数字微镜器件的光线角度，以使激发的照明光入射至所述数字微镜器件中的六边形阵列。