基于结构光照的随机散射光学超衍射极限成像方法技术

技术编号:13339839 阅读:247 留言:0更新日期:2016-07-13 14:17
本发明专利技术公开了一种基于结构光照的随机散射光学超衍射极限成像方法,主要解决现有同类技术工艺复杂、成像分辨率低的问题。其技术方案是:1.对采集到的原始图像进行图像亮度均一化处理和傅立叶变换操作,获得对应的频谱;2.通过控制空间光调制器在0°、45°、90°和135°每个方向上输入三个不同的相位值,组成3×3线性方程组并求解,以分离出每个方向上的0级、+1级和‑1级频谱成像信息,得到四组结构光照明的频率分量,并对其进行频率拼接,得到扩展频谱;3.在频率域内获取随机散射介质的传输矩阵数据立方体;4.根据该立方体和扩展频谱重建观测目标图像。本发明专利技术具有成像分辨率高的优点,可用于光学超分辨率成像。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是201410320944.7专利申请的分案申请。
本专利技术属于成像
,特别涉及一种光学成像方法,可用于光学超分辨率成像。
技术介绍
传统光学成像的分辨率受衍射极限限制,在可见光范围内难以测量小于200nm的距离,因此突破光学系统衍射极限成像的研究极其迫切。目前,围绕近场和远场超衍射极限成像的研究,已取得令人瞩目的进展。近场超衍射极限成像方法主要采用纳米探针、等离子超级材料以及负折射率材料制备的完美透镜等对倏逝波进行探测,其分辨率不受瑞利判据的限制。但由于纳米探针、等离子超级材料、负折射率材料的制备需满足很苛刻的条件,工艺极其复杂,且技术还不够成熟,导致其扫描探针易对样品造成损伤,且不利于对活体组织进行观测。而远场超衍射极限成像方法,如受激发射损耗显微技术、随机光学重建显微技术和光敏定位显微技术等,它们通过探测受激荧光分子的荧光信号分布获取样品的空间信息,可探测样品内部,目前可达20~50nm,而极限条件下可达5.8nm的分辨率。但由于其达到的空间分辨率是以严重牺牲时间分辨率为代价的,导致成像过程复杂、耗时长,难以实现实时观测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足,提出一种基于结构光照的随机散射光学超衍射极限成像方法,以精简材料制备工艺、简化成像过程、提高成像分辨率。本专利技术的技术方案是这样实现的:一.技术思路是:采用结构光作为成像光源,照明观测目标,借助随机散射介质得到图像,并将其传输至主控计算机中,通过计算成像方法重建出最终的观测目标,获得高质量的超分辨率图像。二.基于结构光照的随机散射光学超衍射极限成像系统,包括光学子装置和超衍射极限成像装置,其中:所述光学子装置,包括光源、两个孔径光阑、扩束器、空间光调制器、四个透镜、λ/4波片、三个反射镜和挡光板;光源发射的光束依次经过第一孔径光阑、扩束器、第一反射镜后照明到空间光调制器上,产生0级光、+1级光和-1级光,这三级光通过第一透镜被平行分开,经λ/4波片得到圆偏振光,再依次通过第二反射镜和第二透镜、第二光阑和第三透镜进行扩束,并借助挡光板挡掉中间的0级光,保留+1级光和-1级光,再经第三反射镜后通过第四透镜,使得+1级光和-1级光在焦平面上发生干涉,产生结构光以照亮观测目标;所述超衍射极限成像装置,包括三个透镜、第三孔径光阑、随机散射介质、CCD相机;经照亮的观测目标依次经过第五透镜、第三孔径光阑和第六透镜减小整个光束的直径,使光束在随机散射介质中发生强散射,再经第七透镜进行光束能量会聚后,由CCD相机接收图像。三.基于结构光照的随机散射光学超衍射极限成像方法,包括如下步骤:(1)对CCD相机采集到的原始图像进行图像亮度均一化处理,以消除由光源波动对图像亮度的影响;(2)对图像亮度均一化处理后的图像进行傅立叶变换操作,获得对应的频谱;(3)通过控制空间光调制器在0°、45°、90°和135°每个方向上输入三个不同的相位值,组成3×3线性方程组并求解,以分离出每个方向上的0级、+1级和-1级频谱成像信息;(4)由四个方向上分离出的0级、+1级和-1级频谱成像信息的重叠区域,得到四组结构光照明的频率分量ki,i∈{0°,45°,90°,135°本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于结构光照的随机散射光学超衍射极限成像方法,包括以下步骤:(1)对CCD相机采集到的原始图像进行图像亮度均一化处理,以消除由光源波动对图像亮度的影响;(2)对图像亮度均一化处理后的图像进行傅立叶变换操作,获得对应的频谱;(3)通过控制空间光调制器在0°、45°、90°和135°每个方向上输入三个不同的相位值,组成3×3线性方程组并求解,以分离出每个方向上的0级、+1级和‑1级频谱成像信息;(4)由四个方向上分离出的0级、+1级和‑1级频谱成像信息的重叠区域,得到四组结构光照明的频率分量ki,i∈{0°,45°,90°,135°};(5)利用余弦函数的傅里叶变换特性,将得到的四组结构光照明的频率分量ki进行频率拼接,得到扩展频谱k0±ki,其中k0为原始频率分量;(6)利用角谱理论在频率域内获取随机散射介质的传输矩阵数据立方体Em;(7)根据结构光照明扩展的频谱k0±ki和随机散射介质的传输矩阵数据立方体Em,通过成像图像重建ASCIRA算法重建出观测目标图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于结构光照的随机散射光学超衍射极限成像方法,包括以下步骤:
(1)对CCD相机采集到的原始图像进行图像亮度均一化处理,以消除由光源波动对图
像亮度的影响;
(2)对图像亮度均一化处理后的图像进行傅立叶变换操作,获得对应的频谱;
(3)通过控制空间光调制器在0°、4...

【专利技术属性】
技术研发人员:邵晓鹏吴腾飞代伟佳石慧明龚昌妹骆秋桦刘飞杜娟彭立根李慧娟
申请(专利权)人:西安电子科技大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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