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申请/专利权人：复旦大学

摘要：本发明涉及一种基于位置相关点扩散函数的超分辨图像重建方法及系统，以解决在大视场荧光单分子定位显微镜应用中光学像差对重建精度和准度的影响。本发明将首先对视场不同位置处的点扩散函数进行采集和拟合，然后对获取的点扩散函数中包含的各种光学像差包括但不限于球差、彗差、场曲率和色差进行校准，进而对视场中所处不同位置的荧光发射图案采用对应位置的校准点扩散函数拟合，获得精准可靠的超分辨图像重建，从而最大限度地扩大单分子定位超分辨显微镜的有效视场。

主权项：1.一种基于位置相关点扩散函数的超分辨图像重建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：通过不同方式获取全视场实验离散PSF点阵；步骤2：基于全视场离散PSF点阵建立位置相关PSF模型；步骤3：制备细胞样品，并获得所述细胞样品的单分子荧光图像；步骤4：使用位置相关PSF模型对所述细胞样品的单分子荧光图像进行定位，实现位置相关单分子拟合定位；步骤5：对全视场单分子定位结果进行渲染并最终合成超分辨显微图像；所述的步骤2中的位置相关PSF模型包括离散点阵模型和连续变换模型，其中所述离散点阵模型的建立过程具体包括：将所述全视场PSF的视场区域按设定形状进行划分成多个子区域，同时设定相邻两个子区域中心点之间的距离，获取每个子区域中的PSF；所述连续变换模型的建立过程具体包括：针对所述全视场离散PSF点阵，采用直接变换法、Zernike矩阵变换法或机器学习法计算得到对应的变换关系，根据不同位置处的变换关系的参数，建立视场中每个位置处PSF之间的连续变换模型，其中，采用直接变换法建立连续变换模型的过程包括：实验测得全视场离散PSF，在直角坐标系中，选取视场中任意一点Pixi,yi，选取另一点Pjxj,yj，并取Pi、Pj连线上点Pnxn,yn；对这三点处PSF，测得其在相同Z位置的xy平面强度矩阵Ai,An,Aj；再通过对Ai,An矩阵拟合，求出Pi-Pn的PSF变换矩阵Ti；同理由An,Aj求出Pn-Pj的变换矩阵Tj；此时，Ti、Tj矩阵包含了点Pi-Pn、点Pn-Pj的变换信息，再对Ti、Tj进行拟合，获得Ti-Tj的变换矩阵Z，Z中包含了Ti与Tj之间的变换关系，这种关系是位置相关的连续变换，因此获得了Pi-Pn-Pj之间连续的变换关系；最后，以相同的原理，即可建立全视场所有点的连续PSF变换模型；采用Zernike矩阵变换法建立连续变换模型的过程包括：实验测得视场中不同位置处离散PSF，拟合得到对应Zernike矩阵，最后对全视场Zernike矩阵各系数采用多项式拟合得到Zernike矩阵系数在全视场的分布，进而得到全视场连续变换PSF模型；采用机器学习法建立连续变换模型的过程包括：通过实验采集大量全视场离散分布的三维PSF数据，基于生成对抗网络GAN，以视场中大量PSF为训练数据，训练得到网络模型，使用该模型生成视场中任意一点处PSF。

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