xi 為1920并且Pix2為1080。在某些方面，SLM的顯示元件被編程W根據(jù)照射指示而在不同的獲 取時間具有特別的設置。
[0065] 由孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)所成像的樣本可W由一個或多個對象或?qū)?象的一個或多個部分組成。每個對象可W是生物實體或無機實體。生物實體的示例包括全 細胞、細胞成分、微生物如細菌或病毒、細胞成分如蛋白質(zhì)、薄的組織切片等。在一些情況 下，樣本可W在諸如液體之類的培養(yǎng)基中被提供。
[0066] 在發(fā)光成像的示例中，試劑(例如，巧光/憐光染料)可W被與樣本混合，W用巧光 團對調(diào)查中的各部分打標記或者打標簽。巧光團可W指引起該分子發(fā)出巧光或憐光的分子 的組成部分。巧光團可W吸收來自特定波長的激發(fā)光的能量并且W不同波長重新發(fā)出該能 量。在發(fā)光成像的示例中，光照源W具有預先確定的波長(例如，藍色光）的激勵光照射樣 本，W激活在樣本中的巧光團。作為響應，巧光團釋放不同波長(例如，紅光)的發(fā)射。
[0067] 在某些方面，光照源提供至由孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)所成像的樣本 的光照。光照源可W是孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)的組件或與孔徑-掃描傅立葉重 疊關聯(lián)成像系統(tǒng)分開。盡管光照源是在某些情況下被描述被定位W將光照引導朝向在光學 裝置中的第一光學元件，但光照源可W位于其它位置，W將光照引導遠離第一光學元件。例 如，在發(fā)光成像的示例中，光照源可W提供被引導遠離在光學裝置中的第一光學系統(tǒng)的激 發(fā)光。在許多情況下，激發(fā)照射具有比來自樣本的發(fā)射更強的信號。通過引導激發(fā)照射遠離 第一光學系統(tǒng)，運樣的配置將在由光檢測器收集較弱的發(fā)射信號時提供幫助。盡管單個光 照源被在許多情況下進行了描述，但可w理解的是，多個光照源可w被使用。
[0068] 在某些情況下，孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像技術設及由來自任何方向的單個 任意圖案的相干照射光束所照射的樣本。在許多情況下，光照的角度不在圖像獲取過程期 間變化。在一些情況下，光照可W是單色的。在另一種情況下，光照源可W如下面所討論的 在不同的獲取時間提供不同的波長(例如，與RGB相關聯(lián)的波長)的光照。盡管光照源可W是 相干源，非相干源也可W被使用，并且計算校正可W被應用?？梢姽獾脑吹囊恍┦纠?LCD像素和L邸顯示器的像素。在使用其它形式的福射的情況下，其它福射源也可W被使用。 例如，在使用X射線福射的實施例中，福射源可W包括X射線管和金屬祀。作為另一個示例， 在使用微波福射的情況下，福射源可W包括真空管。作為另一個示例，在使用聲學福射的情 況下，福射源可W是聲學致動器。作為另一個示例，在使用太赫茲福射的情況下，福射源可 W是耿氏二極管。本領域技術人員會考慮其它福射源。
[0069] 在彩色成像實現(xiàn)中，光照源可W提供分別對應于紅色、綠色、藍色的Ξ個波長λ1，λ 2和λ3的RGB光照。在一種使用太赫茲福射的情況下，由光照源所提供的福射的頻率可W是 在0.3至3??Ζ的范圍內(nèi)。在一種使用微波福射的情況下，由可變照射器所提供的福射的頻率 可W是在lOOMHz至300G化的范圍內(nèi)。在一種使用X射線福射的情況下，由可變照射器所提供 的福射的波長可W是在0 .Olnm至lOnm的范圍內(nèi)。在一種使用聲學福射的情況下，由可變照 射器所提供的福射的頻率可W是在10化至lOOMHz的范圍內(nèi)。
[0070] 在某些方面，"福射檢測器"或"光檢測器"或"檢測器"被配置成通過在特定采樣 (獲取)時間測量/記錄在檢測器平面上的入射福射的強度分布來獲取樣本的強度圖像。在 圖像獲取過程期間，例如，福射檢測器可W在Μ個樣本時間ti=掛Μ獲取數(shù)量為Μ的多個強度圖 像。如果可見光福射正在被測量，則福射檢測器可W是W電荷禪合器件(CCD)、CM0S成像傳 感器、雪崩光電二極管(APD)陣列、光電二極管(PD)陣列、光電倍增管(PMT)陣列或類似器件 的形式。如果使用太赫茲福射被檢測，則福射檢測器可W是，例如，成像福射熱測量計。如果 使用微波福射被使用，則福射檢測器可W是，例如，天線。如果使用X射線福射被使用，則福 射檢測器可W是，例如，X射線敏感的CCD。如果使用聲學福射被使用，則福射檢測器可W是， 例如，壓電換能器陣列。福射檢測器和其它檢測器的運些示例是市售的。在一些情況下，福 射檢測器可W是彩色檢測器，例如RGB檢測器。在其它情況下，福射檢測器不需要是彩色檢 測器。在某些情況下，福射檢測器可W是單色檢測器。
[0071] "樣本"或"獲取"時間可W指光檢測器捕獲樣本的強度圖像的時間。在此處所描述 的某些圖像獲取過程期間，福射檢測器捕獲數(shù)量為Μ的多個強度圖像(例如，M=l，2,5,10， 20，30，50，100，1000，10000等）。在強度圖像被捕獲的每個樣本時間ti，孔徑是在數(shù)量為N的 多個孔徑位置的不同的掃描位置處。在某些情況下，采樣速率的范圍可W為從0.1至1000帖 每秒。
[0072] 在某些方面，福射檢測器可W具有離散的福射檢測元件(例如，像素）。福射檢測元 件可W是任何合適的大小(例如，1-10微米）W及任何合適的形狀(例如，圓形、矩形、正方形 等）。例如，CMOS或CCD元件可W是1 -10微米并且Aro或PMT光檢測元件可W是1 -4mm大。在一 個示例中，福射檢測元件是具有5.5微米的大小的正方形像素。
[0073] 福射檢測器產(chǎn)生包括了數(shù)量為Μ的多個強度圖像的圖像數(shù)據(jù)。福射檢測器還可W 產(chǎn)生諸如樣本時間和其它相關數(shù)據(jù)之類的其它圖像數(shù)據(jù)。
[0074] 傅立葉空間可W指由波矢量kx和ky所跨越的數(shù)學空間，為坐標空間，在其中由孔 徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)所創(chuàng)建的空間圖像的二維傅立葉變換駐留。傅立葉空間 也可W指由波矢量kx和ky所跨越的數(shù)學空間，在其中由福射傳感器所創(chuàng)建的空間圖像的二 維傅立葉變換駐留。
[0075] 由福射檢測器所捕獲的數(shù)量為Μ的多個強度圖像中的每個與在傅立葉空間中的區(qū) 域相關聯(lián)。在傅立葉空間中，相鄰區(qū)域可W共享在它們在其上采樣相同的傅立葉域數(shù)據(jù)的 重疊區(qū)。該在傅立葉空間中的重疊區(qū)對應于在中間平面中的相鄰孔徑的重疊區(qū)。在某些方 面，數(shù)量為Ν的多個孔徑位置被設計，使得相鄰的孔徑位置的重疊區(qū)將產(chǎn)生一定的量的在傅 立葉域數(shù)據(jù)中的重疊區(qū)。在一種情況下，多個孔徑位置被設計，W產(chǎn)生在傅立葉域數(shù)據(jù)中的 在各區(qū)域中的一個區(qū)域的面積的約2%至約99.5%的范圍內(nèi)的重疊區(qū)。在另一個實施例中， 相鄰區(qū)域之間的重疊區(qū)可W具有從各區(qū)域中的一個區(qū)域的面積的65%至75%的范圍內(nèi)的 區(qū)。在另一個實施例中，相鄰區(qū)域之間的重疊區(qū)可W具有在各區(qū)域中的一個區(qū)域的面積的 約65%的區(qū)。
[0076] 圖2Α和2Β是根據(jù)各實施例的孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)11的組件的示意 圖。在本圖示中，光學元件是在4f光學裝置中并且孔徑掃描是在樣本的傅立葉平面上?？?徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)11包括具有第一焦距fi(其中，fi = f)的第一光學系統(tǒng)(例 如，透鏡）1〇1、具有第二焦距f2(其中，f2 = f)的第二光學系統(tǒng)(例如，透鏡)2(Π 和孔徑掃描儀 300。孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)11還包括樣本平面、檢測器平面和樣本的傅立葉 平面(未示出）。在圖像獲取期間，被成像的樣本位于樣本平面上。盡管未被示出，孔徑-掃描 傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)11還包括在檢測器平面上的檢測器?？蛇x地，孔徑-掃描傅立葉重 疊關聯(lián)成像系統(tǒng)11還可W包括用于照射樣本的光照源。另外，可選地，孔徑-掃描傅立葉重 疊關聯(lián)成像系統(tǒng)11還可W包括計算設備的一個或多個組件，該計算設備包括處理器、與該 處理器進行通信的顯示器和計算機可讀介質(zhì)。
[0077] 根據(jù)在圖2Α和2Β中所示的4f光學裝置，第一光學系統(tǒng)101位于距第二光學系統(tǒng)201 等于它們被合并的焦距2f的距離處。樣本平面位于距第一光學系統(tǒng)101的第一焦距的光路 距離處并且檢測器平面位于距第二光學系統(tǒng)201的第二焦距的光路距離處。樣本的傅立葉 平面位于距第一光學系統(tǒng)101的第一焦距的距離處并且位于距第二光學系統(tǒng)201的第二焦 距的光路距離處。
[0078] 所示出的孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)11還包括孔徑310?？讖?掃描傅立 葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)11還可W包括孔徑掃描儀300,其被配置成提供在傅立葉平面中的多 個孔徑位置處的孔徑310。
[0079] 在本所示出的示例中，孔徑被在不同的采樣時間顯示在兩個相鄰的孔徑位置處。 圖2A顯示在第一孔徑位置處的孔徑310(a)。圖2B顯示在第二孔徑位置處的孔徑310(b)。圖 2B還W虛線顯示孔徑310(a)，W示出在兩個相鄰的孔徑位置之間的重疊區(qū)域312。
[0080] 在某些圖像獲取過程期間，孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)的孔徑掃描儀產(chǎn) 生在數(shù)量為N的多個孔徑位置(Xi，W處的孔徑，i = l至n，j = l至m，M=nxm。在位于多個孔徑 位置中的相鄰的孔徑位置處，有在相鄰的孔徑位置之間的重疊區(qū)域(例如，312)。在檢測器 平面上，在孔徑是在相應的孔徑掃描位置處的同時，光檢測器獲取強度圖像。在圖像獲取過 程期間，光檢測器獲取對應于不同的孔徑位置的數(shù)量為Μ的多個強度圖像。Μ個強度圖像(即 li, j, i = 1至ο，j = 1至p并且M = oxp)被在獲取時間ti, j在檢測器平面上獲取，i = 1至ο，j = 1 至P。由光檢測器所獲取的強度圖像的數(shù)量Μ可W是在1至幾千個強度圖像的范圍內(nèi)。在某些 圖像恢復過程期間，孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)從數(shù)量為Μ的多個強度圖像中恢復 在樣本平面上的較高分辨率的、復雜的場Ei(x，y)。在某些方面，然后在樣本平面上的復雜 的場可W被傳播至不同的平面(例如，平行于樣本平面的平面）。運些所傳播的圖像可W被 用來形成擴展的樣本的3D圖像。
[0081] 某些傅立葉重疊關聯(lián)圖像獲取和恢復過程的細節(jié)可W在下面的第IV節(jié)中找到。傅 立葉重疊關聯(lián)圖像恢復過程的示例也可W在Guoan Zheng,Roarke Horstmeyer和 Changhuei Yang的"Wide-fie1d,high-resolution Fourier ptychographic microscopy"，化Uire Photonics 6,第739-745頁（2013年）中找到，該文獻通過引用W其整 體在此并入?？讖?掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)的某些細節(jié)可W在Dong, Siyuan等人的 "Aperture-scanning Fourier ptychography for 3D refocusing and super- resolution macroscopic imaging"，第13586-13599頁（2014年6月2 日）中找到，該文獻通 過引用W其整體在此并入。
[0082] 在圖2A和2B中的孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)11、圖3A中的孔徑-掃描傅立 葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)12、圖4中的孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)14、圖5中的孔徑-掃 描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)15、圖6中的孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)16和圖7中的 孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)17的某些組件之間可能有相似性。
[0083] 圖3A是根據(jù)各實施例的孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)12的組件的示意圖。 孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)12包括具有第一焦距fi(其中，fi = f)的第一光學系統(tǒng) (例如，透鏡）1〇2、具有第二焦距f2(其中，f2 = f)的第二光學系統(tǒng)(例如，透鏡)202和W空間 光調(diào)制器的形式的孔徑掃描儀302。孔徑掃描儀302被配置成在諸如樣本50的傅立葉平面之 類的中間平面上將孔徑310移動至數(shù)量為N的多個位置。盡管孔徑掃描儀302被W空間光調(diào) 制器的形式被示出，但將可W理解的是，其它類型的孔徑掃描儀可W被使用。該圖示顯示該 系統(tǒng)在與被成像的樣本50的圖像獲取過程期間位于樣本平面?？讖?掃描傅立葉重疊關聯(lián) 成像系統(tǒng)12還包括帶有在檢測器平面上的(作用的)檢測表面的檢測器500。
[0084] 使用用于移動孔徑的空間光調(diào)制器的孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)的某些 細節(jié)可 W在Horstmeyer，Roarke等人的"Overlapped Fourier codin邑 for optical aberration removal" (2014年）中找到，該文獻通過引用W其整體在此并入。
[0085] 孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)12還包括可選的光照源400,其可W提供到樣 本50的光照410。光照源400可W提供來自任何方向的單個任意圖案的相干照射光束。盡管 光照源400在透照配置中在提供朝向光檢測器500的光照410的位置處被示出，但是光照源 400可W是處于其它位置，W在其它方向上提供光照410,或其它組件(例如，反射元件)可W 被用來在其它方向上引導光照，諸如，遠離下一個光學元件，例如，第一光學系統(tǒng)102。另外， 可選地，孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)11還可W包括計算設備的一個或多個組件，該 計算設備包括處理器、與該處理器進行通信的顯示器和計算機可讀介質(zhì)。
[0086] 在圖3A中，孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)12是在4f光學布局中，第一光學系 統(tǒng)102位于距第二光學系統(tǒng)202等于它們被合并的焦距2f的距離處。樣本50的樣本平面位于 距第一光學系統(tǒng)102的第一焦距(fi = f)處并且檢測器500的檢測器平面位于距第二光學系 統(tǒng)202的第二焦距（其中f2 = f)的光路距離處。樣本的傅立葉平面位于遠離第一光學系統(tǒng) 102的第一光學系統(tǒng)102的第一焦距(其中fi = f)的光路距離處并且位于遠離第二光學系統(tǒng) 202的第二光學系統(tǒng)202的第二焦距(其中f2 = f)的光路距離處。
[0087]圖3B是可W在本文中所描述的一定的孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)中被實 現(xiàn)的空間光調(diào)制器303的SLM顯示器323的橫截面視圖的示意圖。該橫截面視圖是在SLM顯示 器323的顯示平面上。圖3B包括在顯示平面上的X'軸和y'軸。相對于圖3B所描述的空間光調(diào) 制器303可W在一些方面與相對于圖3A所描述的孔徑掃描儀302類似。
[008引在圖3B中，SLM顯示器323是具有寬度L和高度Η的尺寸的矩形的顯示器?？臻g光調(diào) 制器303可W被配置(例如經(jīng)編程），來W數(shù)字方式在其顯示器323上產(chǎn)生在數(shù)量為Ν的多個 位置處的孔徑310。在運個示例中，數(shù)量為Ν的多個孔徑位置是W具有等間距（即在相鄰的孔 徑之間間距相等）的位置的2-D直線網(wǎng)格的形式。在其它實施例中，相鄰的孔徑位置之間的 間距可W不是等間距的且/或孔徑可W在不同位置具有不同的大小。
[0089] 在圖3Β中，顯示器303被在獲取時間ti進行顯示，此時孔徑310(1)(?實線被示出） 被在SLM顯示器323上生成。該圖示還包括被在如由虛線所表示的另一獲取時間（例如，t2) 進行顯示W(wǎng)示出在相鄰的孔徑之間的空間重疊關系的相鄰的孔徑310(2)(?虛線被示出）。 如所示的，相鄰的孔徑310(1)、310(2)具有在距離C的X'方向上的重疊312。
[0090] 在某些情況下，重疊312可W為孔徑310的面積的至少約70%。在其它情況下，重疊 312可W為孔徑310的面積的至少約75%。在其它情況下，重疊312可W在孔徑310的面積的 至少約2-90%之間。顯示指令可W由SLM303用來產(chǎn)生在直線網(wǎng)格中的顯示器323上的孔徑。
[0091] 在相鄰(鄰近）的孔徑之間的重疊312可W對應于設置n〉L/l。例如，如果n = 9,設置 171 = 2.5將產(chǎn)生大于75%的在相鄰的孔徑之間的重疊?？讖?10(1)和310(2)二者具有寬度 為1并且高度為h的恒定的矩形形狀。在其它實施例中，在不同的位置處所顯示的孔徑310可 W具有不同的大小和/或形狀。
[0092] 在圖3B中，SLM顯示器303具有帶有正方形的尺寸(η X η尺寸）的2-D直線網(wǎng)格。在 運種情況下，Ν個孔徑位置被描述為在顯示平面中的化，Yj)，i = 1至η，j = 1至η和孔徑位置 的數(shù)量Ν = η2。典型地，孔徑310可W從該2-D直線網(wǎng)格的原點移位兩維矢量cf (W，cw)，l< j<n2。在運種配置中，光檢測器可W在不同的孔徑位置和相應的獲取時間來在檢測器平面 上捕獲Μ個不同的強度圖像Ik,i(M=kxl)。
[0093] 圖4-6是示出參照圖3A所描述的孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)12的組件的 不同配置的示例的示意圖。
[0094] 圖4是根據(jù)某些方面的孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)14的組件的示意圖?？?徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)14包括具有第一焦距fi = f的第一光學系統(tǒng)(例如，透鏡） 102、具有第二焦距f2 = f的第二光學系統(tǒng)(例如，透鏡)202和檢測器500?？讖?掃描傅立葉 重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)14還包括孔徑掃描儀，其包括具有顯示器表面322的DMD陣列320和具有 反射表面332的一個或多個反射鏡330的序列。表面322包括y'軸和正交于y'軸的X'軸(未示 出），二者均在表面322處的平面中。圖示的示例被示出，樣本50被在樣本平面上成像。
[00M]孔徑-掃描傅立葉重疊關聯(lián)成像系統(tǒng)14還包括被配置成在如在該圖示中所示的圖 像獲取過程期間提供光照410至樣本50的可選的光照源400。在該圖示的示例中，光照源400 被示出被定位(例如，在第一光學系統(tǒng)102和樣本50之間）W將光照410引導遠離第一光學系 統(tǒng)102。在該配置中，第一光學系統(tǒng)102可W接收從樣本表面所反射或從樣本50發(fā)出的光。圖 示的配置可W被在發(fā)光成像應用中使用。在其它示例中，光照源400可W處于其