全内反射显微镜是利用倏逝场进行照明成像的显微成像技术,由于倏逝场穿透深度通常在波长量级,其在亚细胞膜层结构显微成像领域具有背景噪声小,信噪比高的优势,并且倏逝场的高空间频率特性给予了全内反射显微镜较高的成像分辨力。在膜层结构的生命活动中,外泌体在其中承担着作为细胞间通讯媒介的重要使命,外泌体的特征尺寸通常在50-150 nm,然而,传统的全内反射显微镜受限于衍射分辨极限,分辨力限制在200 nm左右,因此对于外泌体的三维示踪,需要一种超分辨的三维全内反射显微成像方法。本文结合基于极性散射的横向超分辨方法以及基于交替方向乘子法的迭代优化方法,建立基于极性散射的全内反射成像优化模型,在利用自相关累积量算法对多方位角全内反射照明极性散射图像进行横向超分辨的基础上,使用交替方向乘子法对多俯仰角全内反射照明横向超分辨图像迭代求解三维图像,实现横向分辨力提升的三维成像效果。通过搭建的多角度全内反射照明成像装置对金纳米棒进行成像,对相邻两金纳米棒的三维横向超分辨结果进行强度剖线分析,分辨出了紧邻的两金纳米棒,并且剖线结果的两峰间隔表明本文方法达到100 nm左右的极限分辨力。本文的主要研究内容如下:（1）基于极性散射的多方位角全内反射照明横向超分辨显微成像方法研究提出多方位角全内反射照明的极性散射理论,并进行仿真分析验证,在此基础上提出利用自相关累积量算法对多方位角照明稀疏散射图像进行横向超分辨重建,在全内反射的高空间频率照明下,本文采用基于极性散射的横向超分辨方法能够达到分辨力提升极限。（2）全内反射三维成像模型构建及基于交替方向乘子法的优化算法研究建立基于极性散射的全内反射三维成像模型,研究基于交替方向乘子法的三维优化重建算法。在经过多方位角全内反射照明获得极性散射超分辨图像后,多次调整全内反射入射俯仰角,进行多俯仰角度全内反射成像,最后利用交替方向乘子法对全内反射成像模型进行三维优化求解得到三维横向超分辨结果。（3）实验系统搭建以及三维超分辨重建实现搭建照明光路与成像光路分离的物镜型全内反射成像装置,并进行三维横向超分辨重建方法的实验验证。通过对极性极强的金纳米棒（长短轴15:1）进行多方位角以及多俯仰角全内反射成像,之后利用自相关累积量算法对不同俯仰角照明下的多方位角全内反射照明极性散射图像进行超分辨重建,凭借全内反射的高波矢特性带来的等效带宽扩展以及自相关累积量算法对极性散射图像处理时的进一步横向分辨力提升能力,在理论分辨力374 nm的成像条件下（照明光波长532 nm,成像物镜数值孔径0.9）,对金纳米棒成像达到约100 nm的实验成像分辨力,同时利用交替方向乘子算法对多俯仰角度的横向超分辨图像进行三维优化求解,完成了金纳米棒的三维重建。为了进一步验证本文方法的极限分辨力提升能力,本文对3 nm厚的金纳米三角板进行了多方位角全内反射照明显微成像,横向超分辨结果在结合解卷积时能够分辨出198 nm间隔的锐角,在理论分辨力374 nm下相比理论衍射极限实现约1.9倍分辨力提升。最后对洋葱内表皮细胞进行全内反射显微成像,在相同成像过程和处理算法下,洋葱细胞壁的全内反射三维成像结果得到了分辨力增强,验证了本文方法在复杂结构样品的分辨力提升能力以及三维重建效果。