[发明专利]一种超分辨微分干涉相衬显微成像系统及显微成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及显微成像技术领域，特别涉及一种基于结构光照明的超分辨微分干涉相衬显微成像系统及成像方法。

背景技术

基于结构光照明的超分辨显微成像系统能够提高显微成像的分辨率，现有技术中，主要包括两种成像系统。

第一种是将结构光照明应用于荧光显微成像的成像系统，它具有较好的对比度，但是，其存在的主要问题如下：1）要进行荧光成像，就需要对所观察的样品进行荧光标记，故需要额外的样品制备过程；2）在上述样品制备过程中，需要将染料或荧光团等物质增加到样品中，因而可能会引入一些副效应，如光漂白效应和光毒性效应。

第二种是基于结构光照明的散射光成像系统，它无需对样品进行荧光标记，但是，它的成像对比度低，往往需要采用金纳米颗粒辅助成像，或者，需要具有一定对比度的样品来实现高对比度的成像，导致它的适用性较差，例如，在对没有任何处理的生物样品成像时，由于它的成像对比度低，所以无法适用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种无需额外的样品制备过程，无光漂白效应和光毒性等副效应，且成像对比度高的基于结构光照明的超分辨微分干涉相衬显微成像系统及成像方法。

本发明提供的超分辨微分干涉相衬显微成像系统包括包含微分干涉相衬成像模块的显微镜，所述成像系统还包括光源、第Ⅰ透镜、第Ⅰ反射镜、空间光调制器、第Ⅲ透镜、挡光板、第Ⅳ透镜和CCD，

所述空间光调制器的入射角度＜10°，所述空间光调制器每个方向具有三个相位，

所述挡光板用于阻挡0级光而允许+1级光和-1级光通过或者阻挡+1级光和-1级光而允许0级光通过，

由所述光源发射的光依次经过第Ⅰ透镜、第Ⅰ反射镜、空间光调制器、第Ⅲ透镜、挡光板、第Ⅳ透镜后经过所述包含微分干涉相衬成像模块的显微镜后，图像由所述CCD接收。

本发明提供的所述的成像系统的显微成像方法包括以下步骤：

步骤S1：对采集到的原始图像进行图像亮度均一化处理以消除由于光源强度波动引起的成像亮度的影响；

步骤S2：对图像边缘进行轻微切趾，使得由离散傅里叶变换产生边缘伪像最少；

步骤S3：对图像进行傅里叶变换操作，获得相应的频谱信息；

步骤S4：由各方向的三个相位图像对应频谱信息，求解3×3的线性方程组，分离出0级，+1级和-1级频谱成像信息；

步骤S5：由分离出0级与+1级或-1级频谱的重叠区域的信息确定结构光照明的空间频率k₀与初始相位φ；

步骤S6：将分离出的+1级频谱平移+k₀，将分离出的和-1级频谱平移-k₀；

步骤S7：将平移后的+1级和-1级频谱与0级频谱叠加合成，并做维纳滤波，使得其频谱扩宽；

步骤S8：对步骤S7得到的扩宽的频谱做傅里叶反变换，获得超分辨的微分干涉相衬图像。

本发明提供的超分辨微分干涉相衬显微成像系统及成像方法无需额外的样品制备过程，无光漂白效应和光毒性等副效应，且成像对比度高。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的超分辨微分干涉相衬显微成像系统的原理图；

图2为本发明实施例二提供的超分辨微分干涉相衬显微成像系统的原理图；

图3为本发明实施例提供的超分辨微分干涉相衬显微成像系统在光照方向为90°、相位为0时的空间光调制器的控制图像；

图4为本发明实施例提供的超分辨微分干涉相衬显微成像系统在光照方向为90°、相位为时的空间光调制器的控制图像；

图5为本发明实施例提供的超分辨微分干涉相衬显微成像系统在光照方向为90°、相位为时的空间光调制器的控制图像；

图6为本发明实施例提供的超分辨微分干涉相衬显微成像系统在光照方向为0°、相位为0时的空间光调制器的控制图像；

图7为本发明实施例提供的超分辨微分干涉相衬显微成像系统在光照方向为0°、相位为时的空间光调制器的控制图像；

图8为本发明实施例提供的超分辨微分干涉相衬显微成像系统在光照方向为0°、相位为时的空间光调制器的控制图像；

图9a为本发明实施例提供的超分辨微分干涉相衬显微成像系统对53nm聚苯乙烯小球样品成像的频谱图像；

图9b为本发明实施例提供的超分辨微分干涉相衬显微成像系统对53nm聚苯乙烯小球样品成像的效果图像；