The invention discloses a three-dimensional diffraction tomography microscopic imaging method based on LED array coding illumination. Firstly, the original intensity image is collected, three groups of intensity image stacks at different defocusing positions are collected by moving the carrier or using electronically controlled zoom lens, and then the intensity image stack of the object to be measured at different defocusing positions is acquired through collecting the intensity image stack of the object to be measured to illuminate the micro-imaging system of arbitrary shape. The traditional three-dimensional phase transfer function is deduced, and the three-dimensional phase transfer function of the microscopic system under circular and circular illumination with different coherence coefficients is obtained. The quantitative refractive index deconvolution of three-dimensional diffraction tomography is reconstructed, the three-dimensional scattering potential function is inversely Fourier transformed, and the scattering potential function is transformed into the refractive index distribution, so the quantitative three-dimensional refractive index of the measured object can be obtained. Cloth. The invention realizes high resolution and high signal-to-noise ratio three-dimensional diffraction tomography microscopic imaging of cells, micro-biological tissues and other samples.
【技术实现步骤摘要】
基于LED阵列编码照明的三维衍射层析显微成像方法
本专利技术属于光学显微测量、三维折射率成像技术，特别是一种基于LED阵列编码照明的三维衍射层析显微成像方法。
技术介绍
随着生物医学的发展，成像分析测试设备是观测细胞与生物组织结构形态和生命状态的重要工具，其中显微成像仪器作为生物医学研究中最常用的成像工具越来越重要，而传统的光学显微镜只能获取待测样品二维分布图，并不能给出被测物体的三维空间信息，难以满足日益发展的生物医学研究的要求。光学显微层析成像技术就是一种能实现样品内部三维结构测量的技术手段。在光学显微成像技术中，细胞或生物组织的折射率作为待测样品固有的对比源，包含了重要的信息参数，如细胞或生物组织的形状，大小，以及体积，这些特征对于生物疾病的形态检测和医疗诊断至关重要。因此，在生物学研究中，对待测样品三维折射率的研究对于提高医学形态检测与医疗诊断的准确率有着非常重要的意义。在生物细胞里，不同的折射率分布将引起不同的入射光波相位延迟，根据此原理，相位显微技术如相称显微镜，微分干涉差显微镜和定量相位显微镜等得到发展。这些显微技术将细胞内不同折射率分布转化为采集到...
【技术保护点】
1.一种基于LED阵列编码照明的三维衍射层析显微成像方法，其特征在于步骤如下：步骤一：采集原始强度图像，在被测厚物体为聚焦状态，且通过改变LED阵列编码使照明光源形状为相干系数S1、S2和S3的圆形的情况下，通过移动载物台或利用电控变焦透镜采集在不同离焦位置下的三组强度图像堆栈
【技术特征摘要】
1.一种基于LED阵列编码照明的三维衍射层析显微成像方法，其特征在于步骤如下：步骤一：采集原始强度图像，在被测厚物体为聚焦状态，且通过改变LED阵列编码使照明光源形状为相干系数S1、S2和S3的圆形的情况下，通过移动载物台或利用电控变焦透镜采集在不同离焦位置下的三组强度图像堆栈和步骤二：通过改变LED阵列编码使照明图案为相干系数S4的圆环形状，再通过移动载物台或利用电控变焦透镜采集待测物体在不同离焦位置下的强度图像堆栈步骤三：对任意形状照明的显微成像系统的三维相位传递函数进行推导，由倾斜相干点光源的三维传递函数模型推广至部分相干照明和环状照明三维传递函数模型，得到在不同相干系数下的圆形和环状照明下显微系统的三维相位传递函数；步骤四：三维衍射层析定量折射率反卷积重构，对所采集的四组强度图像堆栈进行三维傅里叶变换得到四种照明情况下的三维频谱，将得到的四组三维频谱进行相加再在频域中除以四种三维相位传递函数绝对值之和，得到三维散射势函数；步骤五：被测物体的定量三维折射率分布，对三维散射势函数进行逆傅里叶变换，将散射势函数转换为折射率分布，即可得到被测物体的定量三维折射率分布。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤二中：通过LED阵列编码照明将环形照明方案引入传统的圆形明场显微中，并拍摄了在圆环形状照明图案下沿轴向的一系列光强图像堆栈3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于通过改变LED阵列编码使的圆形照明图案由小变大，第四组将照明图案改成圆环照明图案，然后在每种照明条件下，通过电控变焦透镜采集待测物体在不同离焦位置下的强度图像堆栈。第一行为LED阵列编码照明图案，第二行为在轴向Z1位置下采集到的图像强度图，第二行为在轴向Z2位置下采集到的图像堆栈图，依次类推，通过改变电控变焦透镜采集待测物体在轴向不同离焦位置下的强度图像堆栈。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤三的具体实现方式为：三维物体的吸收率na(r)和折射率np(r)分别对应着复折射率n(r)的虚部和实部，将物体的复折射率n(r)与所包围的介质的折射率n0(r)的关系表示为三维散射势其中r为三维空间变量，k0为真空中对应波长的波数，nm为物体所处介质的折射率，而在传统的透射明场显微成像系统中，对三维物体所测量到的强度图像I(r)可表示：其中B为所拍的到的透射光线分量，而A(r)和P(r)分别为物体三维散射势中的虚部和实部，HA(r)和HP(r)分别为成像系统对物体吸收部分和相位部分的点...
【专利技术属性】
技术研发人员：左超，张岩，陈钱，李加基，孙佳嵩，冯世杰，张玉珍，范瑶，顾莹，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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