(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210545129.5 (22)申请日 2022.05.19 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 左超　周顺　李加基　陈钱　 孙佳嵩　白治东　周宁　卢林芃　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 岑丹 (51)Int.Cl. G01N 21/84(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于非干涉合成孔径的光强传输衍射 层析显微成像方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于非干涉合成孔径的 光强传输衍射层析显微成像方法， 通过采集不同 照角度下的轴向离焦强度堆栈， 在光强频谱上执 行半空间傅里叶滤波或等效的三维希尔伯 特变 换， 结合非干涉合成孔径， 从而实现了基于非干 涉测量下无需满足匹配照明条件的衍射层析成 像。 由于固有的合成孔径优势， 使得成像分辨率 达到非相干成像衍射极限， 获得了高分辨率成像 结果。 采用非干涉测量， 成像光路简单， 光学路径 稳定， 成像结果不受散斑和寄生干涉影响， 并且 可高度兼容传统明场显微镜结构。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 114965470 A 2022.08.30 CN 114965470 A 1.一种基于非干涉合成孔径的光强传输衍射层析显微成像方法， 其特征在于， 步骤如 下： 步骤1， 采集 不同照角度下的轴向离焦强度堆栈； 步骤2： 计算不同入射光照下的三维对数强度谱， 并对每个对数强度谱进行三维半空间 傅里叶滤波， 获得不同入射光照下包含复相位函数实部和虚部的三维散射场， 在傅里叶空 间合成所有单边带三维散射场， 实现非干涉合成孔径， 得到样品三维散射势频谱的初步估 计； 步骤3： 对初步估计的频谱进行基于LED离散采样、 照明部分相干和修正因子的三维反 卷积； 步骤4： 采用非负约束和全变分正则化相结合的混合迭代约束算法对合成的散射势频 谱中缺失锥信息进行计算 填充； 步骤5： 对填充后的的三维散射势频谱进行三维傅里叶逆变换， 恢复样品的三维折射率 分布， 实现无 标记生物样品实现非侵入式三维成像。 2.根据权利要求1所述的基于非干涉合成孔径的光强传输衍射层析显微成像方法， 其 特征在于， 利用基于非干涉合成孔径的光强传输衍射层析显微成像平台采集不同照角度下 的轴向离焦强度堆栈， 所述光 强传输衍射层析显微 成像平台包括包括可编程LED阵列、 电动 位移台扫描装置， 待测样品、 显微物镜、 成像筒镜和相机， 可编程LED阵列的圆心和显微物镜 光轴重合， 被放置在距离样品设置距离的位置， 显微物镜的后焦面与筒镜的前焦面重合， 相 机的成像平面放置在成像筒镜的后焦面位置， 成像时样品被放置在电动位移台上， 逐个点 亮LED单元， 准单色平面波照射待测样品， 通过物镜， 经过成像筒镜汇聚后落在相机的成像 平面上， 通过控制电动位移台的轴向扫描， 利用相机来记录三维光强堆栈。 3.根据权利要求1所述的基于非干涉合成孔径的光强传输衍射层析显微成像方法， 其 特征在于， 步骤2中对不同入射光照下 的三维强度堆栈取对数， 并进行三维傅里叶变换， 得 到三维对数强度谱。 4.根据权利要求1或3所述的基于非干涉合成孔径的光强传输衍射层析显微成像方法， 其特征在于， 采用散射势函数O(r)来表征样 品的三维结构， 将散射势函数O(r)展开成实部 和虚部的形式， 即O(r)＝a(r)+jφ(r)， 其中φ(r)和a(r)对应于散射势O(r)的相位成分和 吸收成分； 对不同入射 光照下的三维 强度堆栈I(r)取对数， 表示 为： 式中， φ(r)和a(r)对应于散射势O(r)的相 位和吸收， g(r)和g ′(r)分别为层析成像系 统的点扩散函数和对应的受入射光Uin(r)调制后的点扩散函数， g′*(r)是g′(r)的共轭形 式； 通过计算上式的傅里叶变换， 得到对数强度谱函数： 式中的 和 分别对应于三维强度堆栈I(r)、 散射势O(r)的吸收成分a(r)和 相位成分φ(r)的三维傅里叶变换， Ha(u)和Hφ(u)为衍射层析成像系统的吸收和相位传递权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114965470 A 2函数。 5.根据权利要求4所述的基于非干涉合成孔径的光强传输衍射层析显微成像方法， 其 特征在于， 衍 射层析成像系统的吸 收和相位传递 函数分别表示 为： 式中， 为系统的广义相干传递函数， u＝(uT,uz)是对应 于r的空间频率坐标， um＝nm/λ， nm为样品周围介质折射率， λ为自由空间中的照明波长， P* (u)是P(u)的共轭形 式， P(u+uin)和P*(u‑uin)分别为P(u)和P*(u)受入射光空间频率uin平移 调制后的相干传递 函数表达式。 6.根据权利要求4所述的基于非干涉合成孔径的光强传输衍射层析显微成像方法， 其 特征在于， 对每个对数强度谱进行三维半空间傅里叶滤波或三维希尔伯特变换， 获得不同 入射光照下包含复相位函数实部和虚部的三 维散射场， 在傅里叶空间合成所有单边带三 维 散射场， 实现非干涉合成孔径， 得到样品三维散射势频谱的初步估计的具体过程 为： 根据频谱中两个反对称广义孔径的位置， 对每个双边带三维光谱进行三维半空间傅里 叶滤波或三 维希尔伯特变换， 得到不同入射光照下包含复相位函数实部和虚部的三 维散射 场Us1(r)， 根据傅里叶衍 射定理 在傅里叶空间合成所有单边带三维散射场， 实现非干涉合成孔径， 得到物体三维散射 势频谱的初步估 计， 式中u＝(uT,uz)是对应于r的空 间频率坐 标， j是虚数单位， 和 分别 对应于O和Us1的傅里叶变换， 是 受入射光空间频率uin平移调制后的散射势 频谱， 为系统的广义相干传递函数， 其有限支持域被称为Ewald球 壳。 7.根据权利要求1所述的基于非干涉合成孔径的光强传输衍射层析显微成像方法， 其 特征在于， 步骤3中反卷积过程表示 为： 其中 和 分别样品散射势的最终反卷积频谱和初步合成频谱， Hsyn为合成孔径处理 后系统的三维 非相干传递 函数， 是Hsyn的共轭形式， ε为 正则化参数。 8.根据权利要求7所述的基于非干涉合成孔径的光强传输衍射层析显微成像方法， 其 特征在于， 合成孔径处 理后系统的三维 非相干传递 函数具体为： 其中j是虚数单位， λ为自由空间中的照明波长， P(uT)代表物镜光瞳函数， 即二维相干传权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114965470 A 3