[發明專利]基于掃描振鏡的單點去卷積顯微系統與成像方法

有效

• 申請號: 201510603485.8
• 申請日: 2015-09-21
• 公開（公告）號: CN105043988B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 王超;劉儉;譚久彬;王源;沈成
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙)23209
• 代理人: 張偉

1.基于掃描振鏡的單點去卷積顯微系統，其特征在于，包括螺旋相位板(1)、分光棱鏡(2)、偏振分束器(3)、X軸掃描振鏡(4)、Y軸掃描振鏡(5)、掃描透鏡(6)、管鏡(7)、聚焦物鏡(8)、長波通濾光片(9)、收集物鏡(10)和光電探測器(11)；

第一平行光經過螺旋相位板(1)調制后，依次經過分光棱鏡(2)和偏振分束器(3)透射，X軸掃描振鏡(4)和Y軸掃描振鏡(5)反射，掃描透鏡(6)和管鏡(7)透射，由聚焦物鏡(8)匯聚在熒光樣品上，形成環形光斑；

所述的螺旋相位板(1)使第一平行光附加螺旋相位因子exp(ilθ)；其中，i為虛數單位，l為螺旋相位板(1)的拓撲荷數，θ為旋轉方位角；所述X軸掃描振鏡(4)由X軸電機帶動、受X軸伺服系統控制，Y軸掃描振鏡(5)由Y軸電機帶動、受Y軸伺服系統控制，X軸掃描振鏡(4)與Y軸掃描振鏡(5)相互配合，實現對樣品進行XY面的逐點掃描；

第二平行光經過分光棱鏡(2)反射后，依次經過偏振分束器(3)透射，X軸掃描振鏡(4)和Y軸掃描振鏡(5)反射，掃描透鏡(6)和管鏡(7)透射，由聚焦物鏡(8)匯聚在熒光樣品上，形成圓形光斑；

所述第一平行光與第二平行光波長相同，在經過分光棱鏡(2)后同軸傳遞，將熒光樣品表面激發出熒光，所述熒光依次經過聚焦物鏡(8)、管鏡(7)和掃描透鏡(6)透射，Y軸掃描振鏡(5)、X軸掃描振鏡(4)和偏振分束器(3)反射，長波通濾光片(9)透射，由收集物鏡(10)匯聚到光電探測器(11)上進行成像；

所述長波通濾光片(9)的截止波長λ選取應滿足：λ₁＜λ＜λ₂，其中，λ₁為激發光波長，λ₂為熒光樣品表面激發出的熒光波長；

首先得到坐標為(i,j)的物點的灰度值sum_i,j，再通過調整X軸掃描振鏡(4)和Y軸掃描振鏡(5)的角度，遍歷i和j的所有取值，利用所有物點的灰度值信息，構造完整的二維圖像；

所述的坐標為(i,j)的物點的灰度值信息，通過以下步驟得到：

步驟a、在只照射第一平行光，不照射第二平行光的條件下，光電探測器(11)以坐標(i,j)為中心對熒光樣品進行成像，得到分辨率為m×n的第一圖像Image1_m,n；

步驟b、在只照射第二平行光，不照射第一平行光的條件下，光電探測器(11)以坐標(i,j)為中心對熒光樣品進行成像，得到分辨率為m×n的第二圖像Image2_m,n；

步驟c、按照以下公式對第一圖像Image1_m,n和第二圖像Image2_m,n進行運算：

Temp1_m,n＝deconv(Image1_m,n)

Temp2_m,n＝deconv(Image2_m,n)

式中，deconv表示去卷積運算；

步驟d、按照以下公式計算得到中心感興趣區域信息Temp_m,n：

Tempm,n=Temp2m,n-n×Temp1m,n,Temp2m,n>Temp1m,n0,Temp2m,n≤Temp1m,n]]>

式中，n大于0；

步驟e、按照以下公式對中心感興趣區域信息Temp_m,n進行求和運算：

sumi,j=ΣmΣnTempm,n]]>

式中，sum_i,j表示坐標為(i,j)的物點的灰度值；

構造完整的二維圖像通過以下步驟得到：

步驟a、構造一個空白矩陣；

步驟b、將sum_i,j依次填到對應元素位置。

2.基于掃描振鏡的單點去卷積顯微方法，所使用的基于掃描振鏡的單點去卷積顯微系統包括螺旋相位板(1)、分光棱鏡(2)、偏振分束器(3)、X軸掃描振鏡(4)、Y軸掃描振鏡(5)、掃描透鏡(6)、管鏡(7)、聚焦物鏡(8)、長波通濾光片(9)、收集物鏡(10)和光電探測器(11)；

第一平行光經過螺旋相位板(1)調制后，依次經過分光棱鏡(2)和偏振分束器(3)透射，X軸掃描振鏡(4)和Y軸掃描振鏡(5)反射，掃描透鏡(6)和管鏡(7)透射，由聚焦物鏡(8)匯聚在熒光樣品上，形成環形光斑；

所述的螺旋相位板(1)使第一平行光附加螺旋相位因子exp(ilθ)；其中，i為虛數單位，l為螺旋相位板(1)的拓撲荷數，θ為旋轉方位角；所述X軸掃描振鏡(4)由X軸電機帶動、受X軸伺服系統控制，Y軸掃描振鏡(5)由Y軸電機帶動、受Y軸伺服系統控制，X軸掃描振鏡(4)與Y軸掃描振鏡(5)相互配合，實現對樣品進行XY面的逐點掃描；

第二平行光經過分光棱鏡(2)反射后，依次經過偏振分束器(3)透射，X軸掃描振鏡(4)和Y軸掃描振鏡(5)反射，掃描透鏡(6)和管鏡(7)透射，由聚焦物鏡(8)匯聚在熒光樣品上，形成圓形光斑；

所述第一平行光與第二平行光波長相同，在經過分光棱鏡(2)后同軸傳遞，將熒光樣品表面激發出熒光，所述熒光依次經過聚焦物鏡(8)、管鏡(7)和掃描透鏡(6)透射，Y軸掃描振鏡(5)、X軸掃描振鏡(4)和偏振分束器(3)反射，長波通濾光片(9)透射，由收集物鏡(10)匯聚到光電探測器(11)上進行成像；

所述長波通濾光片(9)的截止波長λ選取應滿足：λ₁＜λ＜λ₂，其中，λ₁為激發光波長，λ₂為熒光樣品表面激發出的熒光波長；

其特征在于，

首先得到坐標為(i,j)的物點的灰度值sum_i,j，再通過調整X軸掃描振鏡(4)和Y軸掃描振鏡(5)的角度，遍歷i和j的所有取值，利用所有物點的灰度值信息，構造完整的二維圖像；

所述的坐標為(i,j)的物點的灰度值信息，通過以下步驟得到：

步驟a、在只照射第一平行光，不照射第二平行光的條件下，光電探測器(11)以坐標(i,j)為中心對熒光樣品進行成像，得到分辨率為m×n的第一圖像Image1_m,n；

步驟b、在只照射第二平行光，不照射第一平行光的條件下，光電探測器(11)以坐標(i,j)為中心對熒光樣品進行成像，得到分辨率為m×n的第二圖像Image2_m,n；

步驟c、按照以下公式對第一圖像Image1_m,n和第二圖像Image2_m,n進行運算：

Temp1_m,n＝deconv(Image1_m,n)

Temp2_m,n＝deconv(Image2_m,n)

式中，deconv表示去卷積運算；

步驟d、按照以下公式計算得到中心感興趣區域信息Temp_m,n：

Tempm,n=Temp2m,n-n×Temp1m,n,Temp2m,n>Temp1m,n0,Temp2m,n≤Temp1m,n]]>

式中，n大于0；

步驟e、按照以下公式對中心感興趣區域信息Temp_m,n進行求和運算：

sumi,j=ΣmΣnTempm,n]]>

式中，sum_i,j表示坐標為(i,j)的物點的灰度值；

構造完整的二維圖像通過以下步驟得到：

步驟a、構造一個空白矩陣；

步驟b、將sum_i,j依次填到對應元素位置。