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近年来，荧光显微成像因其特异性标记探测属性逐渐成为了生物学研究的重要工具。但是，普通宽场荧光显微成像因离焦和散射效应引起的背景荧光严重干扰厚组织样品的三维精细成像。以共聚焦显微镜为代表的光学层析成像技术逐渐被提出，通过各种不同手段从原理上解决这一问题。其中，宽场结构照明显微成像作为一种基于数学计算的光学层析成像方法，因其实现简单且成像速度快的优点而在较大尺寸样品的三维光学成像中表现突出。然而，该技术存在重建图像信噪比易受背景荧光影响，实际成像中容易出现条纹伪影等不足之处亟待解决。
针对上述问题，本文发展了一种高效鲁棒的结构光层析成像新方法以改善图像质量。从调制策略、重建算法及其在深低温三维显微成像中的应用等多个方面展开了系统的研究工作。
本文提出一种基于线扫描虚拟结构调制的新型光学层析成像方法，以显著改善结构光层析成像的图像质量。从经典宽场结构光层析成像出发，分析了调制策略的不同等价形式，推导了线扫描虚拟结构调制的基本原理。设计了线扫描虚拟结构调制层析成像系统并进行了实验性能测试。从图像信噪比、条纹伪影问题和成像通量等多个关键指标，对比分析了该方法相对于传统宽场结构照明成像的技术优势。
针对传统非线性结构光层析算法破坏了光学系统的线性特征这一问题，本文提出了一种适用于虚拟结构调制策略的线性层析算法。分析了非线性重建算法存在的问题，推导了线性比例减法的基本原理。提出基于条带强度估计的线性层析算法计算层析图像，并通过算法改进实现了实时重建。从分辨率、图像信噪比和重建时间等多个关键性能，对比分析了该方法相对于非线性重建算法的技术优势。
本文将上述新方法用于深低温成像，提出一种线扫描深低温显微光学断层成像系统，旨在改善现有深低温成像的背景干扰问题。该系统以液氮作为制冷剂，采用以商业宽场显微镜为主体结构改造设计成的线照明成像光路，整合铣削等多个模块组件以实现深低温光学成像。介绍了系统的具体结构、数据采集流程和软件控制。通过对Thy1-YFP和CD4-GFP小鼠肺部的三维低温成像结果，展示了该系统单细胞水平分辨能力和良好的光学层析效果。
针对上述问题，本文发展了一种高效鲁棒的结构光层析成像新方法以改善图像质量。从调制策略、重建算法及其在深低温三维显微成像中的应用等多个方面展开了系统的研究工作。
本文提出一种基于线扫描虚拟结构调制的新型光学层析成像方法，以显著改善结构光层析成像的图像质量。从经典宽场结构光层析成像出发，分析了调制策略的不同等价形式，推导了线扫描虚拟结构调制的基本原理。设计了线扫描虚拟结构调制层析成像系统并进行了实验性能测试。从图像信噪比、条纹伪影问题和成像通量等多个关键指标，对比分析了该方法相对于传统宽场结构照明成像的技术优势。
针对传统非线性结构光层析算法破坏了光学系统的线性特征这一问题，本文提出了一种适用于虚拟结构调制策略的线性层析算法。分析了非线性重建算法存在的问题，推导了线性比例减法的基本原理。提出基于条带强度估计的线性层析算法计算层析图像，并通过算法改进实现了实时重建。从分辨率、图像信噪比和重建时间等多个关键性能，对比分析了该方法相对于非线性重建算法的技术优势。
本文将上述新方法用于深低温成像，提出一种线扫描深低温显微光学断层成像系统，旨在改善现有深低温成像的背景干扰问题。该系统以液氮作为制冷剂，采用以商业宽场显微镜为主体结构改造设计成的线照明成像光路，整合铣削等多个模块组件以实现深低温光学成像。介绍了系统的具体结构、数据采集流程和软件控制。通过对Thy1-YFP和CD4-GFP小鼠肺部的三维低温成像结果，展示了该系统单细胞水平分辨能力和良好的光学层析效果。