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申请/专利权人：西安交通大学

摘要：本发明公开了一种高速无伪影超分辨结构光照明显微成像方法，包括：1产生条纹状照明光场；2利用条纹状照明光场分别在不同的条纹方向以及不同的相移步数下照明并激发待测样品产生荧光信号；3采集荧光信号，获得由不同的条纹状照明光场激发的原始荧光图像；4利用高速无伪影重建算法处理原始荧光图像，获得超分辨图像。本发明可以大幅抑制超分辨结构光照明显微图像中的计算伪影，显著提高超分辨图像的保真度；同时还具备毫秒级别的重建速度，为实时成像提供了极大的便利。该方法可以为实现高保真、实时的超分辨显微成像提供一种有力的手段。

主权项：1.一种高速无伪影超分辨结构光照明显微成像方法，其特征在于：所述高速无伪影超分辨结构光照明显微成像方法包括以下步骤：1产生条纹状照明光场，条纹状照明光场的强度分布表示为： 其中：r为二维实空间的坐标；d为不同的条纹方向，d＝1，2，3；i为不同的相移步数，i＝1，2，3；Id为条纹状照明光场的平均光强；md为条纹状照明光场的调制度；kd为条纹的波矢量； 为当前照明光场对应的相位；2利用步骤1得到的条纹状照明光场分别在不同的条纹方向以及不同的相移步数的情况下照明并激发待测样品产生荧光信号；3采集荧光信号，获得由不同的条纹状照明光场激发的原始荧光图像；4利用高速无伪影超分辨重建方法处理原始荧光图像，获得无伪影的超分辨图像；所述步骤4的具体实现方式是：4.1计算每幅原始荧光图像对应的权重图像wd，ir：根据每个条纹状照明光场的调制度md、条纹照明光场的波矢量kd以及各条纹状照明光场的相位计算出每幅原始荧光图像对应的权重图像wd，ir；其中r为二维实空间的坐标；4.2计算衰减函数ak以及频谱优化函数所述衰减函数ak为高斯分布，其中k为频谱空间的坐标；设光学系统的光学传递函数为频谱优化函数由参数微调的两个衰减函数、光学系统的光学传递函数以及步骤4.1中的光场参数求得；4.3对原始荧光图像进行预处理滤波：通过预处理滤波器分别对步骤3所采集得到的原始荧光图像进行预处理滤波，得到滤波图像4.4点乘：将步骤4.3得到的滤波图像分别与步骤4.1计算得到的权重图像wd，ir相点乘，并将所有相乘的结果叠加，得到未优化的超分辨图像ISR_woOptr；4.5进行频谱优化：利用步骤4.2中计算得到的频谱优化函数对步骤4.4中得到的未优化的超分辨图像ISR_woOptr进行频谱优化，并变换至实空间，获得最终的无伪影的超分辨图像ISRr；所述步骤4.1中原始荧光图像对应的权重图像wd，ir的表达式是： 其中：md为条纹状照明光场的调制度；kd为条纹照明光场的波矢量； 为条纹状照明光场的初始相位； 为相移量；所述步骤4.2中的衰减函数的表达式是： 其中：k为频谱空间的坐标；aatt为衰减幅度参数，取值范围为从0～1；kσ为可调的经验参数；所述步骤4.2中频谱优化函数是两个频谱优化子函数和的乘积，即两个频谱优化子函数的表达式分别为： 其中：m＝-1，0，1表示频谱的阶数；kd为条纹照明光场的波矢量；所述为传统宽场光学显微镜的光学传递函数，其表达式是： 其中光学系统截止频率kc＝2NAλ；k为频率空间坐标；NA为光学系统的数值孔径；所述为理想的超分辨系统的光学传递函数，表达式是： 所述a1k与a2k分别为频谱优化子函数中的参数微调的衰减函数，所述a1k与a2k的表达式分别是： 所述经验参数aatt和kσ与衰减函数ak中的参数保持一致；所述为切趾函数，其表达式是：切趾函数的表示式为： 其中：FWHMApo为切趾函数的半高全宽；所述w1和w2分别为频谱优化子函数对应的维纳滤波参数，均为经验参数；所述步骤4.3中预处理滤波器的具体表达式是： 所述w3是预处理滤波器对应的维纳滤波参数，为经验参数；所述为传统宽场光学显微镜的光学传递函数，*是表示取复共轭；所述衰减函数ak为高斯分布；所述步骤4.3中进行滤波的具体实现方式是：对步骤3所拍摄的原始荧光图像逐一进行预处理滤波，得到滤波图像 其中：所述Dd，ir是结构光场照明条件下相机拍摄的原始荧光图像；fft和ifft表示分别对括号内的图像进行傅里叶变换和逆傅里叶变换；所述步骤4.4中未优化的超分辨图像ISR_woOptr的表达式是： 所述步骤4.5中的最终的无伪影的超分辨图像表示为：

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