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近些年,超分辨显微成像技术发展非常迅速。凭借低激发功率、对样品无特殊要求、不易产生光漂白等优势,结构光照明超分辨荧光显微技术(SR-SIM)成为目前最常用的光学超分辨技术之一。基于此,我们对结构光照明超分辨荧光显微成像的结构光透射片和图像重建算法进行了相关研究,希望能够为空间用超分辨荧光显微系统的小型化的发展提供支持。本论文首先分析了当前结构光照明超分辨荧光显微系统的研究现状。从结构光照明超分辨荧光显微系统的起源及发展指出结构光照明方式的超分辨荧光系统有着很大的发展空间。随后通过光线追迹法设计了两种新的结构光透射片,得出半圆线、椭圆线、余弦线、双曲线、抛物线结构光透射片均可以产生余弦结构光条纹。其中,椭圆线产生的余弦线条纹要优于其它线型结构光透射片产生的条纹;此时椭圆线结构光透射片的单个半柱半宽为1,柱顶相对高度为1.36,相对基底厚度2.58,得到的余弦结构光条纹对比度为0.54。之后本研究对横向传播结构光透射片进行了理论计算和ZEMAX模拟,指出此种结构光透射片能够实现周期性结构光条纹,并且给出了透射片上表面透过率的具体计算公式。最后提出了一种联合图像重构算法。该算法结合了第一方向的三相位成像和后续方向的两相位成像,只用采集2N+1幅频域图像,即可重建N个方向超分辨的显微图像。并且,该算法具有良好的噪声抑制能力。最后本研究也将该算法结合论文所设计的几种结构光透射片参数进行了计算机仿真实验,结果显示在几种结构光透射片产生的照明光场照明情况下显微系统均可实现200nm的分辨率,并且椭圆线结构光透射片具有最优的产生余弦结构光的能力。总的来说本论文设计了6种结构光透射片和一种能有效抑制噪声的结构光照明超分辨图像重建算法。