[發(fā)明專利]一種基于結(jié)構(gòu)光照明的熒光偶極子定向方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711306263.5
• 申請(qǐng)日: 2017-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108038824B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張昊;陳星曄;戴瓊海;席鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T3/40
• 分類號(hào): G06T3/40;G06T7/60;G06K9/62
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;劉美麗

1.一種基于結(jié)構(gòu)光照明的熒光偶極子定向方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容：

步驟1)：采用結(jié)構(gòu)光顯微系統(tǒng)獲取具有偏振特性的熒光樣本的原始圖像和調(diào)制信息，并得到不同空間角度所對(duì)應(yīng)的空間頻域分量，其中，原始圖像是指經(jīng)結(jié)構(gòu)光顯微系統(tǒng)的相機(jī)傳感器采集到的熒光樣本圖像，調(diào)制信息是指結(jié)構(gòu)光顯微系統(tǒng)的調(diào)制強(qiáng)度、相位和空間角度；其中，不同空間角度所對(duì)應(yīng)的空間頻域分量的具體計(jì)算過(guò)程為：

步驟1.1)：獲取經(jīng)結(jié)構(gòu)光顯微系統(tǒng)采集的熒光樣本圖像和相應(yīng)調(diào)制信息，其中，x和y為熒光樣本圖像的像素陣列的橫縱坐標(biāo)，調(diào)制信息包括3個(gè)不同空間角度θ₁，θ₂和θ₃，對(duì)應(yīng)的調(diào)制強(qiáng)度為m₁，m₂和m₃；對(duì)于每個(gè)空間角度，包括三個(gè)不同的相位和

步驟1.2)：對(duì)所有熒光樣本圖像分別進(jìn)行傅里葉變換：

式中，為傅里葉域的頻譜，F(xiàn)T為傅里葉算子，θ為空間角度，k_x、k_y為傅里葉域?qū)?yīng)的空間頻率；

步驟1.3)：根據(jù)調(diào)制信息，利用三個(gè)相位角和獲得不同空間角度θ₁，θ₂和θ₃對(duì)應(yīng)位置的頻域分量：其中，重復(fù)計(jì)算三次，其中，k_r表示對(duì)應(yīng)的二維空間頻率；

步驟2)：將所有空間頻域分量進(jìn)行空間維度頻域拼接得到熒光樣本的二維超分辨率空域圖像；且將所有空間頻域分量的角度維度頻域拓展得到熒光樣本的偏振角度信息，具體過(guò)程為：

將在不同空間角度θ下得到的分別記做：和根據(jù)熒光樣本材料的線性二向色性性質(zhì)，則應(yīng)有如下關(guān)系：

式中，分別代表在三維頻域空間內(nèi)的角度維度的拓展信息，上述方程組為一個(gè)線性方程組，系數(shù)矩陣可逆，因此可以得到唯一解：

由于最終的熒光樣本圖片相當(dāng)于k_α＝0時(shí)的頻域信息，故最終得到的結(jié)果為：將上述三項(xiàng)分別填充至三維頻域空間的對(duì)應(yīng)位置，得到三維全空間頻域信息將三維全空間頻域信息進(jìn)行反傅里葉變化即可得到空間每個(gè)點(diǎn)的角度信息：

式中，IFT代表反傅里葉算子，k_α表示角度維度的頻率，具體地，S(r₀,α)中幅值最大的角度即為空間位置r₀處的熒光偶極子的偏振角度，k_θ為方向θ對(duì)應(yīng)的空間頻率；

步驟3)：將熒光樣本的二維超分辨率空域圖像和偏振角度信息進(jìn)行匹配得到超分辨率熒光偶極子定向結(jié)果。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于結(jié)構(gòu)光照明的熒光偶極子定向方法，其特征在于，所述步驟2)將所有空間頻域分量進(jìn)行空間維度頻域拼接得到熒光樣本的二維超分辨率空域圖像的具體過(guò)程為：將得到的不同空間角度所對(duì)應(yīng)的空間頻域變量分別進(jìn)行局部維納濾波后，在空間對(duì)應(yīng)位置直接拼接；拼接完成后再進(jìn)行一次全局維納濾波，獲得熒光樣本的二維超分辨率頻域圖像；對(duì)二維超分辨率頻域圖像進(jìn)行傅里葉逆變換后獲得相應(yīng)的二維超分辨率空域圖像。