CN114813564A - 一种高保真的超分辨显微成像方法和系统 - Google Patents

一种高保真的超分辨显微成像方法和系统 Download PDF

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CN114813564A CN202210453516.6A CN202210453516A CN114813564A CN 114813564 A CN114813564 A CN 114813564A CN 202210453516 A CN202210453516 A CN 202210453516A CN 114813564 A CN114813564 A CN 114813564A
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徐宁
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Abstract

本申请涉及一种超分辨显微成像方法和显微成像系统，包括在待测样品周围设置已知透过率的预设区域。控制照明和衍射光学系统在所述预设区域产生超分辨照明光斑。所述超分辨照明光斑周围形成照明光斑旁瓣。控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动，同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息。根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。通过计算消除了每次所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品时，所述旁瓣产生的影响，从而实现了采用所述超分辨显微成像方法成像结果的高保真特性。

Description

一种高保真的超分辨显微成像方法和系统
技术领域
本申请涉及显微成像领域，特别是涉及一种高保真的超分辨显微成像方法和系统。
背景技术
传统的显微镜成像由于受到光波入射波长和显微物镜数值孔径的限制，横向空间分辨率被限制到200nm左右。如今，一系列的超分辨成像技术突破了衍射极限的分辨率。在这些超分辨技术中，通过不同的调制方法实现更小尺寸的照明光斑以实现更高分辨率的成像。为了观察更小尺度的物体，一系列的技术通过提高光学传统函数的空间响应或增加光学传递函数的截止频率来实现超分辨成像。比如：结构光超分辨技术(StructuralIllumination Microscopy,SIM)通过增加光学传递函数的截止频率来实现超分辨成像。共聚焦显微镜(Confocal Microscopy,CM)通过增加光学传递函数的响应频谱，利用有限的针孔来限制非聚焦光，提供成像的更高对比度或提高成像的分辨率。
随着显微成像技术的发展，超分辨图像的保真特性开始受到科学家们的关注。对于点扫描成像，许多研究者聚焦于如何减小聚焦光斑的尺寸来提升分辨率。但是，由于旁瓣的存在不可避免地对重构的超分辨图像的强度信息的真实性造成影响，从而会影响超分辨成像的真实性。而超分辨技术常被用来探索新型生物结构，这一需求使得重构图像需要具有高保真的特性，避免信息的偏差。有些研究人员通过图像的重构算法来提升图像的保真度。然而，针对点扫描超分辨的保真方法尚属空白。
发明内容
基于此，有必要针对旁瓣的存在影响超分辨成像的真实性的问题，提供一种高保真的超分辨显微成像方法和系统。
一种高保真的超分辨显微成像方法，包括：
在待测样品周围设置已知透过率的预设区域。
控制照明和衍射光学系统在所述预设区域产生超分辨照明光斑，所述超分辨照明光斑周围形成照明光斑旁瓣。
控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动，同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息。
根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
在其中一个实施例中，所述光强信息包括第一光强信息和第二光强信息。所述控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动，同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息包括：控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑从所述预设区域向所述待测样品扫描。所述旁瓣扫描到所述待测样品边缘时，测得所述旁瓣扫描所述待测样品的第一光强信息。所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后测得所述第二光强信息。
在其中一个实施例中，所述根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像包括：
确定所述超分辨照明光斑所扫描的位置为第一位置，所述旁瓣所扫描的位置为第二位置；
根据所述第一位置的透过率、所述第一位置的照明系统的照明点扩散函数、所述第一位置的成像系统的成像点扩散函数、所述第二位置的透过率、所述第二位置的照明系统的照明点扩散函数、及所述第二位置的成像系统的成像点扩散函数，确定光强信息函数；
根据所述光强信息函数、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
在其中一个实施例中，所述根据所述光强信息函数、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像，还包括：
根据所述光强信息函数、所述预设区域透过率和所述第一光强信息，得到所述旁瓣所扫描的所述待测样品的透过率；
根据所述光强信息函数、所述旁瓣所扫描的所述待测样品的透过率、所述预设区域透过率和所述第二光强信息，得到所述待测样品的高保真的超分辨图像。
在其中一个实施例中，根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像，包括：
根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真透过率；
根据所述待测样品的高保真透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨显微成像。
一种显微成像系统，包括照明系统、衍射光学系统、扫描系统和成像系统。所述照明系统用于出射光波信号。所述衍射光学系统用于调制所接收的所述光波信号，并根据所述光波信号在预设区域产生超分辨照明光斑。所述超分辨照明光斑周围形成照明光斑旁瓣。待测样品的周围设置所述预设区域，所述预设区域的透过率已知。所述扫描系统用于使所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动。所述成像系统测量所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息，并根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
在其中一个实施例中，所述衍射光学系统包括衍射光学元件和照明物镜，其中所述衍射光学元件对所述光波信号进行调制，在所述照明物镜的焦面或焦面附近的垂轴面上产生所述超分辨照明光斑。
在其中一个实施例中，所述成像系统包括成像物镜、光电探测器和信息处理模块。所述成像物镜用于对所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后成像，得到初始图像。所述光电探测器用于测量所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后在所述成像物镜上的光强信息。所述信息处理模块与所述光电探测器连接。所述信息处理模块用于根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息和所述预设区域透过率得到所述待测样品的高保真透过率，并根据所述超分辨照明光斑的位置信息和所述高保真透过率重构所述待测样品的高保真超分辨图像。
在其中一个实施例中，所述成像系统还包括荧光滤色片。所述荧光滤色片位于所述成像物镜的垂轴面上。所述荧光滤色片用于对所述初始图像进行滤波处理。
在其中一个实施例中，所述光电探测器包括面阵探测器或点探测器中的一种。
本申请实施例所述的超分辨显微成像方法，在所述待测样品周围设置已知透过率的所述预设区域。所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品扫描，并同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息。根据超分辨照明光斑及旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。所述超分辨显微成像方法通过计算消除了每次所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品时，所述旁瓣产生的影响，实现了采用所述超分辨显微成像方法的成像结果的高保真特性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例提供的超分辨显微成像方法的流程图；
图2为本申请一实施例提供的旁瓣和超分辨照明光斑对待测样品进行扫描的示意图；
图3为本申请一实施例提供的对分辨率板进行宽场照明以及采用超分辨照明光斑扫描保真前后重构的超分辨成像的示意图；
图4为本申请一实施例提供的人胚胎肾细胞293T微管的非保真超分辨成像结果和保真超分辨成像结果的示意图；
图5为本申请一实施例提供的显微成像系统的示意图。
附图标号说明
显微成像系统10、照明系统110、衍射光学系统120、扫描系统130、成像系统140、待测样品150、预设区域160、衍射光学元件121、照明物镜122、成像物镜141、光电探测器142、信息处理模块143、荧光滤色片144、旁瓣1、超分辨照明光斑2、旁瓣3。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参见图1和图2，本申请提供了一种超分辨显微成像方法，包括：
S10，在待测样品周围设置已知透过率的预设区域。
S20，控制照明和衍射光学系统在所述预设区域产生超分辨照明光斑，所述超分辨照明光斑周围形成照明光斑旁瓣。
S30，控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动，同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息。
S40，根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真透过率。
在S10中，所述预设区域设置在所述待测样品的周围。可以将已知透过率的薄膜固定在所述待测样品的周围，此时薄膜就是所述预设区域。也可采用其它物质和设置方式设置所述预设区域，只要保证所述待测样品周围完全被所述预设区域覆盖即可。
在一个实施例中，所述预设区域透过率可以为零。将所述预设区域透过率设置为零，可以简化后续的数据处理过程。
在S20中，控制照明和衍射光学系统在所述预设区域产生所述超分辨照明光斑。所述超分辨照明光斑是通过将照明光斑缩小至超分辨率得到的。所述照明光斑缩小后，其会随之减小。由于能量守恒，原本应该减小的那部分能量会在所述超分辨照明光斑周围形成所述照明光斑旁瓣。
在S30中，所述旁瓣分布在所述超分辨照明光斑周围。控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动。所述旁瓣和所述超分辨照明光斑每移动一次，照射到一个新的位置，就会对照射到的位置进行扫描。同时，可以利用成像系统测量到所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息。按照上述操作，可以完成对所述待测样品的点扫描。
在S40中，所述预设区域透过率是已知数据，所述光强信息可以通过测量得到。超分辨照明光斑与旁瓣在对待测样品进行扫描时，旁瓣位于超分辨照明光斑的周围，根据旁瓣与超分辨照明光斑之间的位置关系，可以得到超分辨照明光斑与旁瓣在对待测样品扫描时，光强信息与各被扫描位置的透过率的关系，即为光强信息函数，其中，光强信息函数中，光强信息包括了超分辨照明光斑和旁瓣分别扫描待测样品，所得到光强信息之和，预设区域透过率是已知的，则可以根据已知的数据(即预设区域透过率)和光强信息函数(即超分辨照明光斑、旁瓣)，确定未知的数据(即待测样品的高保真超分辨图像)，将所述光强信息和所述预设区域透过率代入光强信息函数进行计算，可以得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
在所述超分辨显微成像方法中，在所述待测样品周围设置已知透过率的所述预设区域。所述旁瓣和所述超分辨照明光斑从所述预设区域开始扫描，之后向所述待测样品移动，以扫描所述待测样品。测量得到所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息。所述预设区域透过率作为已知数据，通过计算可以消除每次所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品时，所述旁瓣产生的影响，从而得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
在一个实施例中，所述光强信息包括第一光强信息和第二光强信息。所述S30包括控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑从所述预设区域向所述待测样品扫描。所述旁瓣扫描到所述待测样品边缘时，测得所述旁瓣扫描所述待测样品的第一光强信息。所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后测得所述第二光强信息。
在S30中，测量得到的所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息包括两类光强信息：所述第一光强信息和所述第二光强信息。扫描开始时，所述旁瓣和所述超分辨照明光斑均在所述预设区域内。所述旁瓣和所述超分辨照明光斑均对所述预设区域进行扫描，此时不测量所述光强信息。所述旁瓣和所述超分辨照明光斑向所述待测样品移动。当所述旁瓣扫描到所述待测样品边缘时，测得所述第一光强信息。之后所述旁瓣和所述超分辨照明光斑继续向所述待测样品扫描。当所述超分辨照明光斑扫描到所述待测样品边缘时，测得所述第二光强信息。
其中，第一光强信息仅包括旁瓣对待测样品进行扫描所产生的光强，而第二光强信息包括超分辨照明光斑扫描待测样品所产生的光强，及旁瓣扫描待测样品所产生的光强。
在一个实施例中，所述S40包括：
确定所述超分辨照明光斑所扫描的位置为第一位置，所述旁瓣所扫描的位置为第二位置；
根据所述第一位置的透过率、所述第一位置的照明系统的照明点扩散函数、所述第一位置的成像系统的成像点扩散函数、所述第二位置的透过率、所述第二位置的照明系统的照明点扩散函数、及所述第二位置的成像系统的成像点扩散函数，确定光强信息函数；
根据所述光强信息函数、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
在所述S40中，超分辨照明光斑周围分布有旁瓣，其中超分辨照明光斑与旁瓣不能分开，超分辨照明光斑与旁瓣各包含的能量大小不同，利用超分辨照明光斑所得到图像是高保真超分辨图像，而利用旁瓣所得到的图像是分辨率低的图像，因此，将超分辨照明光斑所扫描的位置和旁瓣所扫描的位置分开考虑，令超分辨照明光斑所扫描的位置为第一位置，旁瓣所扫描的位置为第二位置。
其中，可以根据第一位置的透过率、第一位置的照明系统的照明点扩散函数、第一位置的成像系统的成像点扩散函数、第二位置的透过率、第二位置的照明系统的照明点扩散函数、及第二位置的成像系统的成像点扩散函数，确定超分辨照明光斑和旁瓣对待测样品进行扫描，实际测量得到的光强信息与上述数据的函数关系。
确定光强信息函数的过程可以参照下述公式(一)：
Figure BDA0003619797830000101
其中，(m，n)为所述超分辨照明光斑所扫描的点的坐标，L为所述旁瓣的点数，I(m，n)为超分辨照明光斑对应的像点处测得的光强信息，T(m-L，n-L)、T(m+L，n+L)为所述旁瓣扫描位置的透过率，T(m，n)为所述超分辨照明光斑扫描位置的高保真透过率，Pillu(m-L，n-L)和Pillu(m+L，n+L)为照明系统的所述旁瓣的点扩散函数，Pimag(m-L，n-L)和Pimag(m+L，n+L)为成像系统的所述旁瓣的点扩散函数，Pillu(m，n)为照明系统的所述超分辨照明光斑的点扩散函数，Pimag(m，n)为成像系统的所述超分辨照明光斑的点扩散函数。
得到光强信息函数之后，就可以根据光强信息函数、光强信息、预设区域透过率，得到待测样品的高保真超分辨图像。
以上述公式(一)为例，其中I(m，n)可以通过测量得到，也即第一光强信息，或者第二光强信息，Pillu(m-L，n-L)、Pillu(m+L，n+L)、Pimag(m-L，n-L)、Pimag(m+L，n+L)、Pillu(m，n)、Pimag(m，n)均为已知数据。通过计算和设置已知透过率的预设区域，可以得到T(m-L，n-L)、T(m+L，n+L)。之后就可以通过计算得到T(m，n)，即最终可以得到待测样品的高保真超分辨图像。
在一个实施例中，在所述S40中，还包括根据所述光强信息函数、所述预设区域透过率和所述第一光强信息，得到所述旁瓣所扫描的所述待测样品的透过率。根据所述光强信息函数、所述旁瓣所扫描的所述待测样品的透过率、所述预设区域透过率和所述第二光强信息，得到所述待测样品的高保真的透过率。
首先，根据所述光强信息函数、所述预设区域透过率和所述第一光强信息，得到所述旁瓣扫描位置的透过率。以所述旁瓣和所述超分辨照明光斑从所述待测样品右侧开始扫描为例，所述第一光强信息为左侧的所述旁瓣扫描所述待测样品后的光强信息。此时，所述超分辨照明光斑和右侧的所述旁瓣扫描所述预设区域。所述超分辨照明光斑和右侧的所述旁瓣扫描位置的透过率为所述预设区域透过率。之后，根据所述光强信息函数、所述预设区域透过率和所述第一光强信息，可以得到左侧的所述旁瓣所扫描的待测样品的透过率，即为所述旁瓣扫描得到的所述待测样品的透过率。
之后，根据所述光强信息函数、所述旁瓣所扫描的所述待测样品的透过率、所述预设区域透过率和所述第二光强信息，得到所述待测样品的高保真的超分辨图像。所述第二光强信息为所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品边缘后的光强信息，此时，左侧的所述旁瓣扫描所述待测样品，右侧的所述超分辨照明光斑扫描所述预设区域。右侧的所述旁瓣扫描位置的透过率为所述预设区域透过率，左侧的所述旁瓣扫描位置的透过率已计算得到(因为所述超分辨照明光斑的直径很小，故利用所述超分辨照明光斑扫描时，移动的距离很小。而所述旁瓣照射的距离远大于移动距离，最左侧的所述旁瓣扫描位置的变化很小。因此，最左侧的所述旁瓣扫描位置的透过率可以认为不变，为计算得到的透过率)。根据所述光强信息函数、所述旁瓣扫描位置的透过率、所述预设区域透过率和所述第二光强信息，可以得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
在一个实施例中，所述S40包括：根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真透过率；
根据所述待测样品的高保真透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨显微成像。
在S40中，首先根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，可以得到所述待测样品的高保真透过率。之后可以根据上述步骤，依次得到所述待测样品的各个部位的高保真透过率。并根据所述待测样品各部位的高保真透过率，重建所述待测样品的高保真超分辨图像。
请参见图3，在一个具体的实施例中，分别在宽场照明和超分辨照明光斑照明下，对一个线宽为δ的分辨率板进行扫描并成像。最后得到宽场照明下的成像结果、超分辨照明光斑照明下的非保真成像结果和超分辨照明光斑照明下的保真成像结果。左上为所述分辨率板的真实图像。右上为利用宽场照明扫描，得到的所述分辨率板的成像结果。左下为利用所述超分辨照明光斑扫描，采用传统方法重构得到的所述分辨率板的非保真成像结果。右下为利用所述超分辨照明光斑扫描，采用所述超分辨显微成像方法重构得到的所述分辨率板的保真成像结果。
请参见图4，在一个具体的实施例中，对人胚胎肾细胞293T微管进行超分辨显微成像。不采用所述超分辨显微成像方法和采用所述超分辨显微成像方法，分别重构人胚胎肾细胞293T微管出的非保真超分辨图像和保真超分辨图像。左上为人胚胎肾细胞293T微管的非保真超分辨图像，中上和右上分别为左上的实线框部分和虚线框部分的局部放大图。左下为人胚胎肾细胞293T微管的保真超分辨图像，中下和右下分别为左下的实线框部分和虚线框部分的局部放大图。
在上述两个具体实施例中，采用所述超分辨显微成像方法来重构所述待测样品的保真超分辨图像，比起采用传统方法得到的非保真超分辨图像，其保真度更高。
请参见图5，本申请提供了一种显微成像系统10，包括照明系统110、衍射光学系统120、扫描系统130和成像系统140。所述照明系统110用于出射光波信号。所述衍射光学系统120用于接收所述光波信号，并根据所述光波信号在预设区域产生超分辨照明光斑。所述超分辨照明光斑周围形成照明光斑旁瓣。待测样品150的周围设置所述预设区域，所述预设区域的透过率已知。所述扫描系统130用于使所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品150移动；所述成像系统140测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品150后的光强信息，并根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品150的高保真超分辨图像。
所述扫描系统130用于使所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品150移动。所述待测样品150放置于所述扫描系统130。所述扫描系统130通过带动所述待测样品150位移，使所述旁瓣和所述超分辨照明光斑对所述待测样品150的不同位置进行扫描。
在一个实施例中，所述扫描系统130可以为位移台。
在一个实施例中，所述扫描系统130与所述衍射光学系统120连接。所述扫描系统130通过调节所述旁瓣和所述超分辨照明光斑的位置，使所述旁瓣和所述超分辨照明光斑对所述待测样品150的不同位置进行扫描。
在一个实施例中，所述扫描系统130可以为光源扫描系统、振镜、光楔或液晶空间光调制器。
在一个实施例中，所述照明系统110可以为多个单波长的激光光源、连续谱激光光源或发光二极管等光源中的一种或多种。
在一个实施例中，所述衍射光学系统120包括衍射光学元件121和照明物镜122。所述衍射光学元件121对所述光波信号进行调制，在所述照明物镜122的焦面或焦面附近的垂轴面上产生所述超分辨照明光斑。
通过调制所述衍射光学元件121，可以控制所述超分辨照明光斑的个数和形状，还可以控制所述超分辨照明光斑周围的所述旁瓣分布的大小和位置。
在一个实施例中，所述衍射光学元件121可以为二元光学元件、全息光学元件、微纳光学元件、超构表面或空间光调制器。
在一个实施例中，所述成像系统140包括成像物镜141、光电探测器142和信息处理模块143。所述成像物镜141用于对所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品150后成像，得到初始图像。所述光电探测器142用于测量所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品150后，在所述成像物镜141上的光强信息。所述信息处理模块143与所述光电探测器142连接。所述信息处理模块143用于根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息和所述预设区域透过率得到所述待测样品150的高保真透过率，并根据所述超分辨照明光斑的位置信息和所述高保真透过率重构所述待测样品150的高保真超分辨图像。
在一个实施例中，所述成像系统140还包括荧光滤色片144。所述荧光滤色片144位于所述成像物镜141的垂轴面上。所述荧光滤色片144用于对所述初始图像进行滤波处理。
所述荧光滤色片144可以提高显微成像系统10的信噪比。
在一个实施例中，所述光电探测器142包括面阵探测器或点探测器中的一种。
在一个实施例中，所述光电探测器142可以为电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体等面阵探测器，也可以为雪崩二极管或光电倍增管等点探测器。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高保真的超分辨显微成像方法，其特征在于，包括：
在待测样品周围设置已知透过率的预设区域；
控制照明和衍射光学系统在所述预设区域产生超分辨照明光斑，所述超分辨照明光斑周围形成照明光斑旁瓣；
控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动，同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息；
根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
2.如权利要求1所述的高保真的超分辨显微成像方法，其特征在于，所述光强信息包括第一光强信息和第二光强信息，所述控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动，同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息，包括：
控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑从所述预设区域向所述待测样品扫描，所述旁瓣扫描到所述待测样品边缘时，测得所述旁瓣扫描所述待测样品的第一光强信息；
所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后测得所述第二光强信息。
3.如权利要求1所述的高保真的超分辨显微成像方法，其特征在于，根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像包括：
确定所述超分辨照明光斑所扫描的位置为第一位置，所述旁瓣所扫描的位置为第二位置；
根据所述第一位置的透过率、所述第一位置的照明系统的照明点扩散函数、所述第一位置的成像系统的成像点扩散函数、所述第二位置的透过率、所述第二位置的照明系统的照明点扩散函数、及所述第二位置的成像系统的成像点扩散函数，确定光强信息函数；
根据所述光强信息函数、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
4.如权利要求3所述的高保真的超分辨显微成像方法，其特征在于，所述根据所述光强信息函数、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像，还包括：
根据所述光强信息函数、所述预设区域透过率和所述第一光强信息，得到所述旁瓣所扫描的所述待测样品的透过率；
根据所述光强信息函数、所述旁瓣所扫描的所述待测样品的透过率、所述预设区域透过率和所述第二光强信息，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
5.如权利要求1所述的高保真的超分辨显微成像方法，其特征在于，根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像，包括：
根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真透过率；
根据所述待测样品的高保真透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨显微成像。
6.一种显微成像系统，其特征在于，包括：
照明系统(110)，用于出射光波信号；
衍射光学系统(120)，用于接收所述光波信号，并调制所述光波信号在预设区域产生超分辨照明光斑，所述超分辨照明光斑周围形成照明光斑旁瓣，待测样品(150)的周围设置所述预设区域，所述预设区域的透过率已知；
扫描系统(130)，用于使所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品(150)移动；
成像系统(140)，测量所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品(150)后的光强信息，根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品(150)的高保真超分辨图像。
7.如权利要求6所述的显微成像系统，其特征在于，所述衍射光学系统(120)包括衍射光学元件(121)和照明物镜(122)，其中：
所述衍射光学元件(121)对所述光波信号进行调制，在所述照明物镜(122)的焦面或焦面附近的垂轴面上产生所述超分辨照明光斑。
8.如权利要求6所述的显微成像系统，其特征在于，所述成像系统(140)包括：
成像物镜(141)，用于对所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品(150)后成像，得到初始图像；
光电探测器(142)，用于测量所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品(150)后，在所述成像物镜(141)上的光强信息；
信息处理模块(143)，与所述光电探测器(142)连接，用于根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息和所述预设区域透过率得到所述待测样品(150)的高保真透过率，并根据所述超分辨照明光斑的位置信息和所述高保真透过率重构所述待测样品(150)的高保真超分辨图像。
9.如权利要求8所述的显微成像系统，其特征在于，所述成像系统(140)还包括：
荧光滤色片(144)，位于所述成像物镜(141)的垂轴面上，用于对所述初始图像进行滤波处理。
10.如权利要求8所述的显微成像系统，其特征在于，所述光电探测器(142)包括面阵探测器或点探测器中的一种。
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