[发明专利]基于光强传输方程的环形光照明高分辨率定量相位显微成像方法

权利要求书

1.一种基于光强传输方程的环形光照明高分辨率定量相位显微成像方法，其特征在于首先设计一个环形光阑，然后基于部分相干成像方法，引入弱物体近似，利用环形光阑以及明场显微镜的参数计算出弱物体光学传递函数WOTF，最后利用相机采集三幅强度图像并通过反卷积求解光强传输方程得到定量相位图；

环形光阑有两个参数：一个是环形光阑的外径r，另一个是圆环宽度Δs，Δs＝(5％～15％)r；该环形光阑的环形区域透光，中心为黑色不透光区域，外径r等于明场显微镜的物镜光瞳半径；将该环形光阑放置在明场显微镜的聚光镜孔径光阑处，并将伯特兰透镜放入明场显微镜的目镜观察筒的筒镜中，通过目镜观察物镜后焦面以确保该环形光阑内切于物镜光曈。

2.根据权利要求1所述的基于光强传输方程的环形光照明高分辨率定量相位显微成像方法，其特征在于设计的环形光阑由3D打印机打印，或者通过玻璃/金属材料黑色阳极电镀工艺制成，或者由可编程LED或LCD编码实现。

3.根据权利要求1所述的基于光强传输方程的环形光照明高分辨率定量相位显微成像方法，其特征在于计算弱物体光学传递函数WOTF，即弱物体光学传递函数的公式为：

其中，u和u'是傅里叶空间的二维坐标，k是波数，λ是明场显微镜的照明光波长，S(u)表示环形光阑平面光源的光强分布，|P(u)|表示明场显微镜的物镜光曈函数，Δz表示明场显微镜沿光轴的离焦距离，WOTF为求出的弱物体光学传递函数，该传递函数的虚部为弱物体的相位传递函数；

所设计的环形光阑为：

其中，为频率坐标，该频率坐标被归一化到相干衍射极限，即NA_obj/λ，NA_obj表示物镜数值孔径，λ表示系统照明光波长；s₁和s₂分别表示环形光阑内圈和外圈的数值孔径，表示环形光阑平面光源的光强分布，表示明场显微镜的物镜光曈函数；

根据明场显微镜的照明波长λ以及离焦距离Δz代入弱物体光学传递函数公式(1)中，计算出在特定离焦距离和照明波长下该环形光阑的弱物体光学传递函数。

4.根据权利要求1所述的基于光强传输方程的环形光照明高分辨率定量相位显微成像方法，其特征在于利用相机沿光轴拍摄三幅强度图像，并通过反卷积求解光强传输方程得到定量相位图，步骤如下：

第一步，通过手动调焦或电控离焦控制相机同步采集欠焦、聚焦、过焦三幅光强图像，分别记作I_Δz(x)，I₀(x)与I_-Δz(x)，它们的离焦距离分别是Δz，0，-Δz；

第二步，对三幅光强图像进行傅里叶变换，分别记作与将以及计算得出的弱物体光学传递函数WOTF代入方程(4)中，通过反卷积求出相位的傅里叶变换

第三步，对进行逆傅里叶变换即可求得定量相位φ(x),从而实现了高分辨率定量相位的显微成像。