CN117269140A - 一种超分辨拉曼显微成像装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学显微技术领域，公开了一种超分辨拉曼显微成像装置及方法，该装置包括：光源模块、线状结构光照明模块、扫描与旋转模块、光谱探测模块和数据处理模块，通过线状结构光照明模块和扫描与旋转模块改变结构化的线状结构光的方向和相位，采用扫描与旋转模块控制不同相位和方向组合的线状结构光对样品进行扫描，并通过光谱探测模块接收样品受激产生的拉曼光谱并解析得到一维空间‑光谱信息，并获取二维空间图像，再结合结构光照明超分辨重建算法对若干二维空间图像进行重建得到二维超分辨空间图像，最后将二维超分辨空间图像和一维空间‑光谱信息进行融合得到超分辨二维空间‑光谱三维数据，可以将空间分辨率提升约2倍。
Description
技术领域
本发明涉及光学显微技术领域，具体涉及一种超分辨拉曼显微成像装置及方法。
背景技术
拉曼光谱是分子光谱，也被称为“指纹光谱”。被测样品的分子结构在激发光作用下会产生非弹性散射，散射光的频率改变形成拉曼光谱。拉曼光谱可以确定被测样品的分子结构，判断物质组成；分析被测物对外界作用的响应；确定被测物浓度、结晶度、缺陷、相对浓度等信息。目前拉曼光谱技术已被广泛应用于材料、生物、食品安全、半导体工业等领域。
拉曼显微成像技术是一种在微小尺度上记录拉曼光谱空间分布的技术，主要包括点扫描、线扫描和宽场成像三种实现方式。现有成熟产品大多采用点扫描方式，即共聚焦点扫描拉曼成像技术。该技术具有空间分辨率高、光谱分辨率高等优势，但采集一组空间-光谱数据往往需要数个小时。相比之下，线扫描拉曼成像方式仅需要十分钟乃至数分钟即可完成三维数据的采集，但图像分辨率不足。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种超分辨拉曼显微成像装置及方法，可以克服现有技术的线扫描拉曼成像方式图像分辨率不足的技术问题。
本发明第一方面提供一种超分辨拉曼显微成像装置，包括：光源模块，用于输出准直光束；线状结构光照明模块，用于将所述准直光束转化为线状光束并调节所述线状光束的相位；扫描与旋转模块，用于将所述线状光束输入到样品上产生线状结构光，并控制所述线状结构光在样品上进行扫描并调节所述线状结构光的方向；光谱探测模块，用于接收所述样品被不同相位和方向的线状结构光激发的拉曼光谱，并对所述拉曼光谱解析得到一维空间-光谱信息；数据处理模块，用于利用图像拼接算法将所述一维空间-光谱信息沿空间维度进行拼接，得到若干组由不同相位和方向组合的所述线状结构光扫描所述样品获得的二维空间-光谱信息，从若干所述二维空间-光谱信息中分别提取若干二维空间图像，利用结构光照明超分辨重建算法对若干所述二维空间图像进行重建得到二维超分辨空间图像，并将所述二维超分辨空间图像和所述一维空间-光谱信息进行融合得到超分辨二维空间-光谱三维数据。
可选地，超分辨拉曼显微成像装置还包括：控制模块，用于控制所述光源模块、线状结构光照明模块、扫描与旋转模块以及光谱探测模块协同工作。
可选地，所述线状结构光照明模块包括：衍射单元，用于接收所述光源模块输出的所述准直光束并产生不同级次的衍射光；透镜组，用于将所述衍射光会聚在滤波小孔的位置；所述滤波小孔，用于通过预设级次的所述衍射光并遮挡非预设级次的所述衍射光；偏振调制器件，用于对预设级次的所述衍射光的偏振态进行调制；柱面镜组，用于将进行偏振态调制后的所述衍射光整形为线状光束，其中，所述线状光束的相位通过所述衍射单元调节。
可选地，所述衍射单元为衍射光栅或空间光调制器。
可选地，所述扫描与旋转模块包括：扫描振镜，用于反射所述线状光束并通过角度旋转使所述线状光束对所述样品进行扫描；滤光片组，用于透射所述线状光束并反射所述样品激发的拉曼光谱；方向调整单元，用于调整所述线状光束的方向；物镜单元，用于将从所述方向调整单元出射的所述线状光束照射至所述样品以及收集所述样品激发的拉曼光谱。
可选地，所述方向调整单元为道威棱镜。
可选地，所述物镜单元包括依次设置于所述方向调整单元和所述样品之间的第一中继镜组、第二中继镜组以及显微物镜，所述第一中继镜组和所述第二中继镜组用于将所述线状光束共轭到所述显微物镜的后焦面上，所述线状光束经过所述显微物镜，在其物方焦面处发生干涉，形成线状结构光，所述显微物镜用于收集所述样品激发的拉曼光谱。
可选地，所述光谱探测模块和所述滤光片组之间设有会聚镜组，所述会聚镜组的焦面和所述显微物镜的物面为共轭关系。
可选地，所述光谱探测模块包括狭缝、准直镜组、光谱色散器以及面阵光电探测器，所述狭缝用于通过所述拉曼光谱，所述准直镜组用于对所述拉曼光谱进行准直，所述光谱色散器用于对所述拉曼光谱进行色散，所述面阵光电探测器用于对所述拉曼光谱解析得到一维空间-光谱信息。
本发明第二方面提供一种超分辨拉曼显微成像方法，应用于第一方面任一项所述的超分辨拉曼显微成像控制装置，该方法包括：通过线状结构光照明模块和扫描与旋转模块控制线状结构光扫描样品；控制光谱探测模块接收所述样品被线状结构光激发的拉曼光谱；通过线状结构光照明模块改变所述线状结构光的相位，和/或，通过扫描与旋转模块改变所述线状结构光的方向；重复上述步骤获得所述样品被不同相位和方向的线状结构光激发的拉曼光谱，并对所述拉曼光谱解析得到一维空间-光谱信息；利用图像拼接算法将所述一维空间-光谱信息沿空间维度进行拼接，得到若干组由不同相位和方向组合的所述线状结构光扫描所述样品获得的二维空间-光谱信息，从若干所述二维空间-光谱信息中分别提取若干二维空间图像，利用结构光照明超分辨重建算法对若干所述二维空间图像进行重建得到二维超分辨空间图像，并将所述二维超分辨空间图像和所述一维空间-光谱信息进行融合得到超分辨二维空间-光谱三维数据。
本发明的一种超分辨拉曼显微成像装置及方法，至少具有如下有益效果：
本发明的一种超分辨拉曼显微成像装置及方法，基于结构光照明超分辨显微成像理论，通过线状结构光照明模块和扫描与旋转模块改变结构化的线状结构光的方向和相位，采用扫描与旋转模块控制不同相位和方向组合的线状结构光对样品进行扫描，并通过光谱探测模块接收所述样品受激产生的拉曼光谱并解析得到一维空间-光谱信息，将一维空间-光谱信息拼接得到若干组由不同相位和方向组合的所述线状结构光扫描所述样品获得的二维空间-光谱信息，并从中提取得到不同相位和方向组合的所述线状结构光扫描得到的若干二维空间图像，再结合结构光照明超分辨重建算法对若干二维空间图像进行重建得到二维超分辨空间图像，最后将所述二维超分辨空间图像和所述一维空间-光谱信息进行融合得到超分辨二维空间-光谱三维数据，可以将空间分辨率提升约2倍。相比于共焦点扫描拉曼显微成像方法，本发明采用线照明方式，大大提高了观测速度，同时，利用结构化的线状结构光和结构光照明超分辨重建算法得到二维超分辨空间图像，从而在保证光谱分辨率的同时提高光谱图像的空间分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例的一超分辨拉曼显微成像装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的另一超分辨拉曼显微成像装置的结构示意图；
图3为本发明实施例的超分辨拉曼显微成像装置的光路示意图；
图4为本发明实施例的线状结构光方向调节示意图；
图5为本发明实施例的控制模块的流程图；
图6为本发明实施例的二维空间-光谱信息的数据示意图；
图7为本发明实施例的超分辨拉曼显微成像方法的流程图。
附图标记说明：
41-光源模块；42-线状结构光照明模块；43-扫描与旋转模块；44-光谱探测模块；45-控制模块；46-数据处理模块；421-衍射单元；422-透镜组；423-滤波小孔；424-偏振调制器件；425-柱面镜组；431-扫描振镜；432-滤光片组；433-道威棱镜；434-第一中继镜组；435-第二中继镜组；436-显微物镜；47-样品；48-会聚镜组。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
近年来，一系列远场光学超分辨显微成像方法被提出，主流的超分辨显微成像技术主要包括受激辐射损耗显微成像技术(stimulated emission depletion microscopy，STED)、单分子定位显微技术(stochastic optical reconstruction microscopy，STORM/photoactivated localization microscopy，PALM)、结构光照明显微技术(StructuredIllumination Microscopy,SIM)等，这些技术已经为生物医学研究带来了重大突破。
本发明将结构光照明超分辨显微成像技术的原理应用于线照明拉曼显微成像技术，旨在提升拉曼显微成像技术的空间分辨率。
本发明实施例提出一种超分辨拉曼显微成像装置，请参见图1、图3和图4，该超分辨拉曼显微成像装置，包括：
光源模块41，用于输出准直光束；
线状结构光照明模块42，用于将准直光束转化为线状光束并调节线状光束的相位；
扫描与旋转模块43，用于将线状光束输入到样品47上产生线状结构光，并控制线状结构光在样品47上进行扫描并调节线状结构光的方向；
光谱探测模块44，用于接收样品47被不同相位和方向的线状结构光激发的拉曼光谱，并对拉曼光谱解析得到一维空间-光谱信息；
数据处理模块46，用于利用图像拼接算法将一维空间-光谱信息沿空间维度进行拼接，得到若干组由不同相位和方向组合的线状结构光扫描样品47获得的二维空间-光谱信息，从若干二维空间-光谱信息中分别提取若干二维空间图像，利用结构光照明超分辨重建算法对若干二维空间图像进行重建得到二维超分辨空间图像，并将二维超分辨空间图像和一维空间-光谱信息进行融合得到超分辨二维空间-光谱三维数据。
具体地，光源模块41用于输出准直光束，由单一波长的激光器或多种波长的激光器或具备波长可调谐功能的激光器以及准直扩束镜组成，光源模块41需具备光强和波长可调节功能。
线状结构光照明模块42用于产生线状光束，并可以调节线状光束的相位。扫描与旋转模块43则用于将线状光束输入到样品上产生线状结构光，并控制线状结构光在样品上进行扫描并调节线状结构光的方向，其中，线状结构光和线状光束的相位相对应，因此，本发明实施例可以获得不同相位和方向的线状结构光并分别将不同相位和方向的线状结构光扫描样品47上获得对应拉曼光谱，并通过光谱探测模块44对拉曼光谱解析得到一维空间-光谱信息。
根据结构光照明超分辨显微成像技术的原理，需要获取若干幅被不同方向和相位的结构光调制的二维图像，才能重建出超分辨图像，而在本发明实施例中，数据处理模块46利用图像拼接算法将一维空间-光谱信息沿空间维度进行拼接，得到若干组由不同相位和方向组合的线状结构光扫描样品47获得的二维空间-光谱信息，并从若干二维空间-光谱信息中分别提取若干二维空间图像，利用结构光照明超分辨重建算法对若干二维空间图像进行重建得到二维超分辨空间图像，从而可以提高图像分辨率。最后将二维超分辨空间图像和一维空间-光谱信息进行融合得到超分辨二维空间-光谱三维数据，实现超分辨拉曼显微成像。
本发明实施例的超分辨拉曼显微成像装置，基于结构光照明超分辨显微成像理论，通过线状结构光照明模块42和扫描与旋转模块43改变结构化的线状结构光的方向和相位，采用扫描与旋转模块43控制不同相位和方向组合的线状结构光对样品47进行扫描，并通过光谱探测模块44接收样品47受激产生的拉曼光谱并解析得到一维空间-光谱信息，将一维空间-光谱信息拼接得到若干组由不同相位和方向组合的线状结构光扫描样品47获得的二维空间-光谱信息，并从中提取得到不同相位和方向组合的线状结构光扫描得到的若干二维空间图像，再结合结构光照明超分辨重建算法对若干二维空间图像进行重建得到二维超分辨空间图像，最后将二维超分辨空间图像和一维空间-光谱信息进行融合得到超分辨二维空间-光谱三维数据，可以将空间分辨率提升约2倍。相比于共焦点扫描拉曼显微成像方法，本发明采用线照明方式，大大提高了观测速度，同时，利用结构化的线状结构光和结构光照明超分辨重建算法得到二维超分辨空间图像，从而在保证光谱分辨率的同时提高光谱图像的空间分辨率。
在一些实施方式中，线状结构光照明模块42包括：衍射单元421，用于接收光源模块41输出的准直光束并产生不同级次的衍射光；透镜组422，用于将衍射光会聚在滤波小孔423的位置；滤波小孔423，用于通过预设级次的衍射光并遮挡非预设级次的衍射光；偏振调制器件424，用于对预设级次的衍射光的偏振态进行调制；柱面镜组425，用于将进行偏振态调制后的衍射光整形为线状光束，其中，线状光束的相位通过衍射单元421调节。
具体地，光源模块41输出的准直光束进入衍射单元421并发生衍射效应，不同级次的衍射光经透镜组422会聚至滤波小孔423处，滤波小孔423只允许预设级次的衍射光束通过，之后由偏振调制器件424对光束的偏振态进行调制，以保证在样品47干涉形成的结构光具有最大的对比度。以二维结构光照明为例，滤波小孔423只允许±1级衍射光束通过，其他级次的衍射光束均被遮挡。滤出的衍射光束被柱面镜组425整形为线状光束。此外，衍射单元421具备对线状光束的相位进行调节功能，进而改变样品上线状结构光的相位。
进一步地，衍射单元421为衍射光栅或空间光调制器。
本发明实施例通过衍射单元421实现线状结构光的相位调制，因此衍射单元421可采用衍射光栅或空间光调制器。如果衍射单元421采用光栅，则通过平移光栅的方式改变线状光束的相位，如果衍射单元421为空间光调制器，则通过改变空间光调制器上加载的条纹来实现相位调节。此外，衍射单元421可为透射式衍射结构或反射式衍射结构。
通过衍射单元421对线状光束的相位调制，可获得不同相位的线状结构光。
在一些实施方式中，扫描与旋转模块43包括：扫描振镜431，用于反射线状光束并通过角度旋转使线状光束对样品47进行扫描；滤光片组432，用于透射线状光束并反射样品47激发的拉曼光谱；方向调整单元，用于调整线状光束的方向；物镜单元，用于将从方向调整单元出射的线状光束照射至样品47以及收集样品47激发的拉曼光谱。
线状光束被扫描振镜431反射，并依次经过滤光片组432、方向调整单元和物镜单元，通过方向调整单元调整线状光束的方向，并经过物镜组照射到样品47上，最终在样品47上干涉形成线状结构光，激发拉曼光谱。
滤光片组432朝向扫描振镜431的一面具有透光性，能够透过被扫描振镜431反射的线状光束。另一面具有反射性，能够反射样品47激发的拉曼光谱进入光谱探测模块44。
本发明实施例通过控制扫描振镜431的旋转来实现线状结构光在样品47上的运动，实现对样品47的扫描。
其中，方向调整单元为道威棱镜433。
具体地，道威棱镜433设置有高精度旋转结构，通过旋转道威棱镜433的方式来实现线状光束方向的调节，进而改变样品上线状结构光的方向。
常规的结构光方向调制是通过旋转衍射单元421或更改衍射单元421上的条纹方向来实现的。然而，本发明实施例采用线状结构光照明样品47，如果采用同样的方式改变结构光方向，则柱面镜组425、扫描振镜431以及光谱探测模块44也需要进行同步旋转，这将大大增加系统复杂度。本发明实施例创新性地在光路中引入道威棱镜433，利用道威棱镜433的旋转特性来实现线状光束方向以及线状结构光方向的旋转。其中，道威棱镜433旋转30度，形成的线状结构光将旋转60度；道威棱镜433旋转60度，形成的线状结构光将旋转120度。利用道威棱镜433实现线状结构光方向的调整，可以降低系统复杂度。
在一些实施方式中，物镜单元包括依次设置于方向调整单元和样品47之间的第一中继镜组434、第二中继镜组435以及显微物镜436。第一中继镜组434和第二中继镜组435用于将线状光束共轭到显微物镜436的后焦面上，线状光束经过显微物镜(436)，在其物方焦面处发生干涉，形成线状结构光。显微物镜(436)用于收集样品(47)被线状结构光激发的拉曼光谱。
在一些实施方式中，光谱探测模块44和滤光片组432之间设有会聚镜组48，会聚镜组48的焦面和显微物镜436的物面为共轭关系。
由于显微物镜436的物面与会聚镜组48的焦面也就是光谱探测模块44的入瞳面为共轭关系，因此被线状结构光激发产生线状的拉曼光谱传播到光谱探测模块44之前也是线状的，该线状光进入光谱探测模块44被解析得到一维空间-光谱信息。
在一些实施方式中，光谱探测模块44包括狭缝、准直镜组、光谱色散器以及面阵光电探测器，狭缝用于通过拉曼光谱，准直镜组用于对拉曼光谱进行准直，光谱色散器用于对拉曼光谱进行色散，面阵光电探测器用于对拉曼光谱解析得到一维空间-光谱信息。
具体地，由线状结构光激发产生的拉曼光谱被显微物镜436收集，依次经过第二中继镜、第一中继镜以及道威棱镜433，然后被滤光片组432反射，最后经由会聚镜组48进入光谱探测模块44。在光谱探测模块44中，通过设置狭缝避免杂光干扰。拉曼光谱经过准直镜组准直后并被光谱色散器沿光谱维展开，形成二维信息，并由面阵光电探测器记录。因此，光谱探测模块44获取的一维空间-光谱信息，一个维度是与线状结构光相同的样品47的空间信息，一个维度是光谱信息。
在一些实施方式中，请参见图2，超分辨拉曼显微成像装置还包括：控制模块45，用于控制光源模块41、线状结构光照明模块42、扫描与旋转模块43以及光谱探测模块44协同工作。
具体地，控制模块45的控制功能包括：控制光源模块41对激光的选择与光功率调节；控制衍射单元421更改线状结构光的相位；控制扫描振镜431对样品47进行扫描；控制道威棱镜433旋转；控制光谱探测模块44接收光谱信息。
请参见图5，控制模块45的工作流程为：
首先放置并调节好样品47之后开始测量；控制扫描振镜431角度；从样品47边缘开始测量，采集当前线状结构光照射下样品47的拉曼光谱；判断物方视场是否扫描完成，如果没有，则继续控制扫描振镜431对样品47表面进行扫描测量，如果测量完成，则控制衍射单元421更改线状结构光相位，重新进行当前线状结构光下样品47二维视场的扫描测量；之后判断所有相位是否采集完成，如果采集完成，则旋转道威棱镜433，改变结构光方向，并完成该方向所有相位的线状结构光照射下样品47的扫描测量。当完成所有方向、所有相位以及样品47的二维数据测量之后，即可结束测量。
以方向和相位均分别采取3组数据为例，在某一方向和某一相位的线状结构光照明下，本发明实施例获取到的数据示意图如图6所示，其中X和Y表示二维空间坐标，λ表示光谱坐标。假设线状结构光在样品47上的分布方向为Y方向，则光谱探测模块44记录的是样品Y-λ维度的二维数据。利用扫描振镜431控制线状结构光在样品47表面上沿X方向扫描，则可以获取一系列Y-λ二维数据。利用数据处理模块46中的图像拼接算法将这些二维数据沿X方向拼接，最终获取得到二维空间-光谱信息。
为了提高拉曼光谱的空间分辨率，本发明实施例通过改变线状结构光的方向和相位，然后在不同方向和不同相位的线状结构光照明下获取若干组二维空间-光谱信息，该数据为三维数据。以二维超分辨成像为例，线状结构光的方向为0度、60度和120度，每个方向下结构光需具备三个等间隔的相位，即需要采集3(方向)×3(相位)共计9组三维数据。根据结构光照明超分辨显微成像技术的原理，需要获取若干幅被不同方向和相位的结构光调制的二维图像，才能重建出超分辨图像。因此，从这9组三维数据中分别提取9组二维空间图像，利用结构光照明超分辨重建算法对这9组二维空间图像进行重建得到一幅二维超分辨空间图像，并将二维超分辨空间图像和一维空间-光谱信息进行融合得到超分辨二维空间-光谱三维数据，实现超分辨拉曼显微成像。
本发明还提供一种超分辨拉曼显微成像方法，应用于上述实施例的超分辨拉曼显微成像控制装置，如图7所示，该方法包括：
步骤S101，通过线状结构光照明模块42和扫描与旋转模块43控制线状结构光扫描样品47；
步骤S102，控制光谱探测模块44接收样品47被线状结构光激发的拉曼光谱；
步骤S103，通过线状结构光照明模块42改变线状结构光的相位，和/或，通过扫描与旋转模块43改变线状结构光的方向；
步骤S104，重复上述步骤获得样品47被不同相位和方向的线状结构光激发的拉曼光谱，并对拉曼光谱解析得到一维空间-光谱信息；
步骤S105，利用图像拼接算法将一维空间-光谱信息沿空间维度进行拼接，得到若干组由不同相位和方向组合的线状结构光扫描样品47获得的二维空间-光谱信息，从若干二维空间-光谱信息中分别提取若干二维空间图像；
步骤S106，利用结构光照明超分辨重建算法对若干二维空间图像进行重建得到二维超分辨空间图像，并将二维超分辨空间图像和一维空间-光谱信息进行融合得到超分辨二维空间-光谱三维数据。
本发明实施例的超分辨拉曼显微成像方法，基于结构光照明超分辨显微成像理论，通过线状结构光照明模块42和扫描与旋转模块43改变结构化的线状结构光的方向和相位，采用扫描与旋转模块43控制不同相位和方向组合的线状结构光对样品47进行扫描，并通过光谱探测模块44接收样品47受激产生的拉曼光谱并解析得到一维空间-光谱信息，将一维空间-光谱信息拼接得到若干组由不同相位和方向组合的线状结构光扫描样品47获得的二维空间-光谱信息，并从中提取得到不同相位和方向组合的线状结构光扫描得到的若干二维空间图像，再结合结构光照明超分辨重建算法对若干二维空间图像进行重建得到二维超分辨空间图像，最后将二维超分辨空间图像和一维空间-光谱信息进行融合得到超分辨二维空间-光谱三维数据，可以将空间分辨率提升约2倍。相比于共焦点扫描拉曼显微成像方法，本发明采用线照明方式，大大提高了观测速度，同时，利用结构化的线状结构光和结构光照明超分辨重建算法得到二维超分辨空间图像，从而在保证光谱分辨率的同时提高光谱图像的空间分辨率。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等词汇仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，本发明实施例所描述的不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
以上虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种超分辨拉曼显微成像装置，其特征在于，包括：
光源模块(41)，用于输出准直光束；
线状结构光照明模块(42)，用于将所述准直光束转化为线状光束并调节所述线状光束的相位；
扫描与旋转模块(43)，用于将所述线状光束输入到样品(47)上产生线状结构光，并控制所述线状结构光在样品(47)上进行扫描并调节所述线状结构光的方向；
光谱探测模块(44)，用于接收所述样品(47)被不同相位和方向的线状结构光激发的拉曼光谱，并对所述拉曼光谱解析得到一维空间-光谱信息；
数据处理模块(46)，用于利用图像拼接算法将所述一维空间-光谱信息沿空间维度进行拼接，得到若干组由不同相位和方向组合的所述线状结构光扫描所述样品(47)获得的二维空间-光谱信息，从若干所述二维空间-光谱信息中分别提取若干二维空间图像，利用结构光照明超分辨重建算法对若干所述二维空间图像进行重建得到二维超分辨空间图像，并将所述二维超分辨空间图像和所述一维空间-光谱信息进行融合得到超分辨二维空间-光谱三维数据。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
控制模块(45)，用于控制所述光源模块(41)、线状结构光照明模块(42)、扫描与旋转模块(43)以及光谱探测模块(44)协同工作。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线状结构光照明模块(42)包括：
衍射单元(421)，用于接收所述光源模块(41)输出的所述准直光束并产生不同级次的衍射光；
透镜组(422)，用于将所述衍射光会聚在滤波小孔(423)的位置；
所述滤波小孔(423)，用于通过预设级次的所述衍射光并遮挡非预设级次的所述衍射光；
偏振调制器件(424)，用于对预设级次的所述衍射光的偏振态进行调制；
柱面镜组(425)，用于将偏振态调制后的所述衍射光整形为线状光束，其中，所述线状光束的相位通过所述衍射单元(421)调节。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述衍射单元(421)为衍射光栅或空间光调制器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扫描与旋转模块(43)包括：
扫描振镜(431)，用于反射所述线状光束，并通过角度旋转使所述线状光束对所述样品(47)进行扫描；
滤光片组(432)，用于透射所述线状光束并反射所述样品(47)激发的拉曼光谱；
方向调整单元，用于调整所述线状光束的方向；
物镜单元，用于将从所述方向调整单元出射的所述线状光束照射至所述样品(47)以及收集所述样品(47)激发的拉曼光谱。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述方向调整单元为道威棱镜(433)。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述物镜单元包括依次设置于所述方向调整单元和所述样品(47)之间的第一中继镜组(434)、第二中继镜组(435)以及显微物镜(436)，所述第一中继镜组(434)和所述第二中继镜组(435)用于将所述线状光束共轭到所述显微物镜(436)的后焦面上，所述线状光束经过所述显微物镜(436)，在所述显微物镜(436)的物方焦面处发生干涉，形成线状结构光，显微物镜(436)用于收集所述样品(47)被所述线状结构光激发的拉曼光谱。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述光谱探测模块(44)和所述滤光片组(432)之间设有会聚镜组(48)，所述会聚镜组(48)的焦面和所述显微物镜(436)的物面为共轭关系。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光谱探测模块(44)包括狭缝、准直镜组、光谱色散器以及面阵光电探测器，所述狭缝用于通过所述拉曼光谱，所述准直镜组用于对所述拉曼光谱进行准直，所述光谱色散器用于对所述拉曼光谱进行色散，所述面阵光电探测器用于对所述拉曼光谱解析得到一维空间-光谱信息。
10.一种超分辨拉曼显微成像方法，其特征在于，应用于权利要求1至9中任一项所述的超分辨拉曼显微成像控制装置，包括：
通过线状结构光照明模块(42)和扫描与旋转模块(43)控制线状结构光扫描样品(47)；
控制光谱探测模块(44)接收所述样品(47)被线状结构光激发的拉曼光谱；
通过线状结构光照明模块(42)改变所述线状结构光的相位，和/或，通过扫描与旋转模块(43)改变所述线状结构光的方向；
重复上述步骤获得所述样品(47)被不同相位和方向的线状结构光激发的拉曼光谱，并对所述拉曼光谱解析得到一维空间-光谱信息；
利用图像拼接算法将所述一维空间-光谱信息沿空间维度进行拼接，得到若干组由不同相位和方向组合的所述线状结构光扫描所述样品(47)获得的二维空间-光谱信息，从若干所述二维空间-光谱信息中分别提取若干二维空间图像；
利用结构光照明超分辨重建算法对若干所述二维空间图像进行重建得到二维超分辨空间图像，并将所述二维超分辨空间图像和所述一维空间-光谱信息进行融合得到超分辨二维空间-光谱三维数据。
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