本发明专利技术公开了一种基于多方位角照明的成像方法，包括以下步骤：接收不同方位角的P偏振光；不同方位角的P偏振光经过干涉成像主光路获得与不同方位角的P偏振光一一对应的若干个表面等离子体干涉图像；将与每个不同方位角的P偏振光一一对应的若干个表面等离子体干涉图像进行图像重建，获得各向同性图像。本发明专利技术公开了一种基于多方位角照明的成像系统，包括：用于执行基于多方位角照明的成像方法。本发明专利技术利用多方位角偏振照明，获得与每个不同方位角的P偏振光一一对应的若干个表面等离子体干涉图像，并进行图像重建，获得各向同性图像，图像清晰度高且不会发生扭曲。清晰度高且不会发生扭曲。清晰度高且不会发生扭曲。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多方位角照明的成像方法及成像系统
[0001]本专利技术属于光学显微镜超分辨表面等离子体显微成像
，具体涉及一种基于多方位角照明的成像方法及成像系统。
技术介绍
[0002]表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)是一种无标记检测方法，当入射光波的波矢与金属表面等离子体的波矢匹配时，则会发生两波共振，此时入射光大部分能量被表面等离子体波吸收，使反射光的强度急剧减弱，它对金属界面的折射率非常敏感。自1990年首次提出以来，SPR已被证明是确定大分子在许多键类型结合过程中的特异性、亲和力和动力学参数的最强大技术之一，包括蛋白质
‑
蛋白质、蛋白质
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DNA、酶
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底物或抑制剂、受体
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药物等。这种光学检测技术测量薄金属层(即金、银或铝膜)附近的折射率变化，其检测范围约为金属界面300nm，在过去的三十年中已经成为生物分子相互作用临床分析中合适且可靠的平台。
[0003]由于一般情况下，表面等离子波的波矢量大于光波的波矢量，所以无法直接用光波激发出沿界面传播的表面等离子体波。为了激励表面等离子波，需要引入一些特殊的结构达到波矢匹配，最常用且最简单的结构是基于棱镜耦合的方式，也叫Kretschmann结构。金属膜直接镀在棱镜面上，入射光达到一定角度时在金属
‑
棱镜界面处会发生全反射，全反射产生的倏逝波与表面等离子体波的波矢匹配时，光的能量便传递给表面等离子体，从而激发表面等离子体波，导致检测到的反射光强度急剧减小，此时入射角又称为共振角。当金属界面的折射率发生变化时，共振角也会发生相应的位移，以此反映芯片表面的分子间相互作用过程。
[0004]传统表面等离子体显微镜采用单个方位角的相干光倾斜照明成像模式，即沿入射光方位角方向的纵向空间分辨率受表面等离子体波传播距离的限制，垂直入射光方位角方向的横向空间分辨率受物镜系统光学孔径的限制，导致了空间分辨率不足和各向异性(横向分辨率约300nm，纵向分辨率微米量级)，造成了图像模糊和扭曲。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供了一种基于多方位角照明的成像方法及成像系统，旨在解决表面等离子体显微成像技术空间分辨率的不足及各向异性的技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]第一方面，本专利技术公开了一种基于多方位角照明的成像方法，包括以下步骤：
[0008]S100、接收不同方位角的入射光；
[0009]S200、不同方位角对应的入射光经过干涉成像主光路获得一一对应的若干个表面等离子体干涉图像；
[0010]S300、将与每个不同方位角的入射光一一对应的若干个表面等离子体干涉图像进行图像重建，获得各向同性图像。
[0011]进一步改进的方案：所述入射光为P偏振光。
[0012]进一步改进的方案：在步骤S100中，不同方位角的P偏振光形成步骤为：
[0013]将平行激光通过偏振单元转换成P偏振光，通过偏振单元的连续旋转改变P偏振光的偏振方向，获得若干个不同方位角的P偏振光。
[0014]进一步改进的方案：所述干涉成像主光路包括物镜和用于放置样本的成像芯片和成像单元；
[0015]所述物镜接收不同方位角的入射光，并通过物镜按照设定角度照向带有样品的成像芯片，以激发成像芯片的金属界面等离子体产生表面等离子体共振，并将样品的散射光和金属界面的反射光反向耦合出射被物镜收集；
[0016]物镜收集的样品散射光与金属界面的反射光，经过干涉成像获得表面等离子体干涉图像。
[0017]进一步改进的方案：在步骤S300中，将与每个不同方位角的入射光一一对应的若干个表面等离子体干涉图像进行图像重建，获得各向同性图像，具体包括：
[0018]通过图像重建获得各个方位角下的等离子体样本图像的样本信息像素矩阵，再通过样本信息像素矩阵获得样本散射光场的幅值和相位，对各个方位角下样本信息像素矩阵获得的样本散射光场的幅值和相位进行整合，得到目标像素矩阵并根据目标像素矩阵得到各向同性图像。
[0019]进一步改进的方案：通过角谱法从样本信息像素矩阵中获得样本散射光场的幅值和相位，对各个样本信息像素矩阵获得的样本散射光场的幅值和相位采用加权求平均的方式进行整合，得到目标像素矩阵并根据目标像素矩阵得到各向同性图像。
[0020]进一步改进的方案：所述等离子体样本图像的样本信息像素矩阵获取的计算公式如下：
[0021]I＝|Eo+Er|2＝|Eo|2+|Er|2+EoEr
′
+Eo
′
Er
ꢀꢀꢀ
(1)
[0022]式中，Eo为散射光场像素矩阵；Er为反射光场像素矩阵；I为从等离子体样本图像中获得的原始像素矩阵；Eo
′
为散射光场相位共轭波像素矩阵；Er
′
为反射光场相位共轭波像素矩阵；
[0023][0024]式中，E
i
为入射光场像素矩阵且E
i
≈Er；i为复数单位；k为入射光波矢量k＝2π/λ，λ为入射光的波长；r为方位角扫描半径；为方位角；
[0025]E
o
＝(E
i
·
O)*PSF
ꢀꢀꢀ
(3)
[0026]式中，PSF为点扩散函数；O为样本信息像素矩阵，*为卷积运算；Eo的具体计算公式为：
[0027]Eo(x，y，θ)＝(α(x，y)
·
Er(x，y，θ))*E1(x，y)*h(x，y)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0028]式中，x为像素的X轴上的坐标，y为像素的Y轴上的坐标；θ为入射光方位角；O＝α(x，y)；PSF＝E1(x，y)*h(x，y)；E1为单个散射源产生的散射光场像素矩阵；h(x，y)为物镜相干传递函数；
[0029]式(1)
‑
(5)中，I、Er、E
i
、PSF均为已知，可得出样本信息像素矩阵O。
[0030]进一步改进的方案：所述成像单元为CMOS图像传感器。
[0031]第二方面，本专利技术公开了一种基于多方位角照明的成像系统，包括：
[0032]入射光接收单元：接收不同方位角的入射光；
[0033]成像单元：不同方位角对应的入射光经过干涉成像主光路获得一一对应的若干个表面等离子体干涉图像；
[0034]图像重建单元：将与每个不同方位角的入射光一一对应的若干个表面等离子体干涉图像进行图像重建，获得各向同性图像。
[0035]进一步改进的方案：所述入射光接收单元为二维振镜，所述成像单元为图像传感器。
[0036]进一步改进的方案：所述入射光为P偏振光。
[0037]进一步改进的方案：将与不同方位角的P偏振光一一对应的若干个表面等离子体干本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于多方位角照明的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S100、接收不同方位角的入射光；S200、不同方位角对应的入射光经过干涉成像主光路获得一一对应的若干个表面等离子体干涉图像；S300、将与每个不同方位角的入射光一一对应的若干个表面等离子体干涉图像进行图像重建，获得各向同性图像。2.根据权利要求1所述的一种基于多方位角照明的成像方法，其特征在于，所述入射光为P偏振光。3.根据权利要求2所述的一种基于多方位角照明的成像方法，其特征在于，在步骤S100中，不同方位角的P偏振光形成步骤为：将平行激光通过偏振单元转换成P偏振光，通过偏振单元的连续旋转改变P偏振光的偏振方向，获得若干个不同方位角的P偏振光。4.根据权利要求1所述的一种基于多方位角照明的成像方法，其特征在于，所述干涉成像主光路包括物镜和用于放置样本的成像芯片和成像单元；所述物镜接收不同方位角的入射光，并通过物镜按照设定角度照向带有样品的成像芯片，以激发成像芯片的金属界面等离子体产生表面等离子体共振，并将样品的散射光和金属界面的反射光反向耦合出射被物镜收集；物镜收集的样品散射光与金属界面的反射光，经过干涉成像获得表面等离子体干涉图像。5.根据权利要求1所述的一种基于多方位角照明的成像方法，其特征在于，在步骤S300中，将与每个不同方位角的入射光一一对应的若干个表面等离子体干涉图像进行图像重建，获得各向同性图像，具体包括：通过图像重建获得各个方位角下的等离子体样本图像的样本信息像素矩阵，再通过样本信息像素矩阵获得样本散射光场的幅值和相位，对各个方位角下样本信息像素矩阵获得的样本散射光场的幅值和相位进行整合，得到目标像素矩阵并根据目标像素矩阵得到各向同性图像。6.根据权利要求5所述的一种基于多方位角照明的成像方法，其特征在于，通过角谱法从样本信息像素矩阵中获得样本散射光场的幅值和相位，对各个样本信息像素矩阵获得的样本散射光场的幅值和相位采用加权求平均的方式进行整合，得到目标像素矩阵并根据目标像素矩阵得到各向同性图像。7.根据权利要求5所述的一种基于多方位角照明的成像方法，其特征在于，所述等离子体样本图像的样本信息像素矩阵获取的计算公式如下：...
【专利技术属性】
技术研发人员：余辉，谢锋，张诚，王靓安，杨玉婷，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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