[发明专利]一种大视场高分辨三维衍射层析显微成像方法

摘要

本发明公开了一种基于LED阵列照明的大视场高分辨三维傅里叶叠层衍射层析显微成像方法，首先进行原始强度图像采集，根据LED阵列中每颗LED在空间中的坐标位置计算出在照明系统中每个LED灯对应的入射光的空间频率，然后初始化被测物体的大视场高分辨三维频谱，且该初始化矩阵满足每个方向上的最小采样数与最终的成像分辨率要求，并将每个照明角度下所拍摄的强度图像迭代至初始化的三维频谱中，并进行多轮迭代，迭代得出被测物体的三维频谱，并将该三维频谱变换至空域，最终得到被测的三维物体大视场高分辨的折射率信息分布。本发明无须采用高放大倍率的物镜，在保证较大的成像视场前提下也可达到较高的重构分辨率。

主权项

1.一种基于LED阵列照明的大视场高分辨三维傅里叶叠层衍射层析显微成像方法，其特征在于步骤如下：

步骤一，原始强度图像采集，将LED光源作为传统显微镜的照明光源，LED面板上的每颗LED依次被点亮，入射光经过聚光镜后从各个不同的入射角下照射样品，并且在被测的厚样品为聚焦情况下，由相机在同步触发信号下采集一系列不同照明角度下的强度图像其中某一个位置下采集的光强为

步骤二，根据LED阵列中每颗LED在空间中的坐标位置计算出在照明系统中每个LED灯对应的入射光的空间频率k_in＝(k_x,k_y)；

步骤三，初始化被测物体的大视场高分辨三维频谱三维频谱矩阵像素个数分别为N_x,N_y,N_z，且该初始化矩阵满足每个方向上的最小采样数与最终的成像分辨率要求；

步骤四，三维频谱迭代重构，将每个照明角度下所拍摄的强度图像迭代至初始化的三维频谱中，并进行多轮迭代；

步骤五，迭代得出被测物体的三维频谱，并将该三维频谱变换至空域，最终得到被测的三维物体大视场高分辨的折射率信息分布n(r)。

2.根据权利要求1所述的基于LED阵列照明的大视场高分辨三维傅里叶叠层衍射层析显微成像方法，其特征在于在步骤二中：根据LED面板上被点亮的LED空间位置计算出所对应的入射光空间频率k_in,当k_in小于所用显微物镜可探测空间频率NA_obj/λ时，此时所拍摄的图像为明场图像。而当其中k_in大于NA_obj/λ时，为暗场光线，其中NA_obj为显微物镜的数值孔径，λ为不同介质中的归一化波长。

3.根据权利要求1所述的基于LED阵列照明的大视场高分辨三维傅里叶叠层衍射层析显微成像方法，其特征在于在步骤三中：被测物体的初始化三维频谱的像素尺寸必须满足最终的成像分辨率，且三维矩阵像素个数分别N_x,N_y,N_z满足每个方向上的最小采样数，其中k为三维频域变量，当最大照明数值孔径为NA_ill，且时，该成像方法最终可达的横向分辨率的空间频率为：

轴向最高可达空间频率为：

故最终初始化的三维频谱的像素分辨率必须大于系统的横向分辨率：

代入Δu_x,y后可得关系式：

其中ΔX_pixel为初始化之后的三维物函数的像素尺寸。

4.根据权利要求1所述的基于LED阵列照明的大视场高分辨三维傅里叶叠层衍射层析显微成像方法，其特征在于在步骤四中：当入射光线的空间频率为k_in＝(k_x,k_y)时，利用傅里叶衍射层析定理公式：

即可得到在某确定入射光空间频率下，对应的埃瓦尔德球壳上的物体三维频谱分量；其中为聚焦位置处的被测物体的二维傅里叶频谱，即为埃瓦尔德球壳的定义函数；将三维球壳上的频谱成分映射至二维频谱空间中，即可得到在对应入射光角度下的聚焦位置二维复振幅频谱：

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