结构光照明显微的结构光空间频率和相位测定算法

摘要

结构光照明显微技术(SIM)是近年来快速发展的一种超分辨显微技术,其硬件结构不断推陈出新,然而并非所有SIM系统均能获得理想的结构光调制度,当调制度较低时,结构光空间频率和相位的准确测定变得困难.如果不能保证其测定精度,重建的超分辨图像会存在伪影甚至失真,成像质量无法保证.针对上述问题,研究了多种结构光的空间频率和相位测定算法,分析发现频谱分量互相关算法(SCC)在不同的调制度下更具适应性和准确性.文中进一步研究了SCC算法的特征和简化方法,通过对其迭代过程进行合并实现了空间频率和相位的同步精确测定.通过对多种算法进行仿真的结果表明,相比于其他的空间频率和相位测定算法,简化SCC算法在结构光各调制度条件下均能精确地测定结构光的空间频率和相位,计算误差更小.在实验上,使用自建的SIM系统对牛肺动脉内皮细胞(BPAE)进行成像,在结构光调制度为0.17时使用不同的空间频率和相位测定算法所计算的结果重建样本的超分辨图像.实验结果表明,由于简化SCC算法所计算出的空间频率和相位更加准确,其重建的图像能更清晰地还原样本原貌,有效地抑制了重建图像的伪影,图像分辨率得到明显提高.简化SCC算法能适应不同SIM系统对结构光空间频率和相位精确测定的需求,也能提高SIM系统的鲁棒性.