[發(fā)明專利]一種六邊形晶格照明的超分辨顯微系統(tǒng)及圖像重構(gòu)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211205499.0
• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN115937080A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳友華;劉清清;杜匡為;張金風;劉文杰;嵇承;朱玉坤
• 申請（專利權(quán)）人: 浙大寧波理工學院
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T3/40;G06T1/20;G01N21/84
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 郭揚部

本發(fā)明屬于顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種六邊形晶格照明的超分辨顯微系統(tǒng)及圖像重構(gòu)方法，包括：一數(shù)字微鏡器件，其中包含多個微鏡，其微鏡被設(shè)定為六邊形陣列，對照明光進行反射從而將所述照明光調(diào)制為六邊形的結(jié)構(gòu)光；以及中央控制單元，其被配置為控制所述數(shù)字微鏡器件按特定時序調(diào)節(jié)微鏡反射角度以產(chǎn)生多張相移圖像，并對相機探測模塊采集圖像完成后對圖像堆棧進行重構(gòu)而輸出超分辨圖像。本發(fā)明的優(yōu)點在于通過采用六邊形結(jié)構(gòu)光，不需要像傳統(tǒng)超分辨結(jié)構(gòu)光照明一樣在三個方向上進行拍攝，從原理上降低一張超分辨圖像所需的單相圖的數(shù)量，同時在GPU下并行運算，從而提升超分辨圖像重構(gòu)所需要的時間，使重構(gòu)幀速率達到實時重構(gòu)所需的標準。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種六邊形晶格照明的超分辨顯微系統(tǒng)及圖像重構(gòu)方法。

背景技術(shù)

在傳統(tǒng)的寬場熒光顯微鏡中，除非樣品非常平坦，其他所有的圖像都會受到來自顯微物鏡焦平面縱向深度一定誤差內(nèi)熒光發(fā)射的影響。結(jié)構(gòu)照明顯微鏡通過將線性網(wǎng)格投影到樣本上，提供了一種更好的方法來消除這種不必要的圖像影響。該方法需要在線網(wǎng)格的不同位置處拍攝不同相位的圖像，采用匹配的重構(gòu)算法，可以從一定數(shù)量的單相位圖像中得到超分辨圖像。

近年來，大多數(shù)傳統(tǒng)方法采取在單一方向上運用線網(wǎng)格的調(diào)制模式用于結(jié)構(gòu)照明。Gustafsson提出的二維SIM超分辨重建算法中，一張超分辨圖像需要至少輸入9張原始圖像，9張圖像分為3組，每組在三個照明方向上分別具有三個相應(yīng)的相移圖像，其超分辨重建方法采用3個線性方程組求解和移頻，最終得到各個方向上的分辨率提升。傳統(tǒng)重構(gòu)方法受限于系統(tǒng)響應(yīng)速度或重構(gòu)算法處理速度影響，超分辨圖像重構(gòu)的幀速率較低，視頻幀的重構(gòu)速度較低，難以達到實時重構(gòu)的要求。為提升超分辨重建算法的速度，一些新的方法可以采用輸入低至4張圖的原始單相圖像來進行重建，但在構(gòu)造結(jié)構(gòu)光時，對初相位的魯棒性低，需要在系統(tǒng)搭建時以更高精度對相位值進行設(shè)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于DMD進行結(jié)構(gòu)光調(diào)制與圖像堆棧超分辨重構(gòu)的顯微鏡技術(shù)，在六邊形結(jié)構(gòu)光的模式下，只需要7張單相圖即可重構(gòu)出一張超分辨圖像，用以解決上述問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種六邊形晶格照明的超分辨顯微系統(tǒng)，所述系統(tǒng)至少包括照明光路模塊和相機探測模塊，所述照明光路中設(shè)置的多色激光器所發(fā)出的照明光至待測樣品上產(chǎn)生熒光而被所述相機探測模塊采集，包括：

一數(shù)字微鏡器件，其中包含多個微鏡，其微鏡被設(shè)定為六邊形陣列，對照明光進行反射從而將所述照明光調(diào)制為六邊形的結(jié)構(gòu)光；以及中央控制單元，其被配置為控制所述數(shù)字微鏡器件按特定時序調(diào)節(jié)微鏡反射角度以產(chǎn)生多張相移圖像，并對相機探測模塊采集圖像完成后對圖像堆棧進行重構(gòu)而輸出超分辨圖像。

進一步的，所述相機探測模塊與所述數(shù)字微鏡器件之間設(shè)置有一二向色鏡，其被配置為將所述數(shù)字微鏡器件中發(fā)出的發(fā)射光反射至待測樣品處而激發(fā)熒光，所激發(fā)的熒光由所述二向色鏡透射至所述相機探測模塊進行圖像采集。

進一步的，所述數(shù)字微鏡器件與所述二向色鏡之間沿光傳輸路徑依次設(shè)置有管鏡和第一濾光片，通過所述管鏡進入顯微鏡鏡架，并由所述第一濾光片濾除雜散光后將所述數(shù)字微鏡器件產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光傳播至所述二向色鏡。

進一步的，在所述二向色鏡與相機探測模塊之間沿光傳輸路徑依次設(shè)置有第二濾光片及會聚透鏡，經(jīng)所述二向色鏡透射后的熒光通過所述第二濾光片濾除激發(fā)光外波長的光線，由所述會聚透鏡聚焦于相機探測模塊進行收集。

進一步的，所述照明光路模塊除多色激光器外，還包括按照光源傳輸路徑前后順序依次設(shè)置的物鏡、五角棱鏡、雙膠合透鏡與反射鏡；由所述物鏡對多色激光器激發(fā)的照明光進行擴束，經(jīng)所述五角棱鏡折疊空間大小，并在所述雙膠合透鏡處匯聚經(jīng)過所述物鏡后發(fā)射的平行光束，由所述反射鏡調(diào)整入射所述數(shù)字微鏡器件的光線角度，以使激發(fā)的照明光入射至所述數(shù)字微鏡器件中的六邊形陣列。