本发明涉及荧光显微成像，具体涉及多色傅里叶光场成像系统及方法。
背景技术：
1、多色荧光显微技术在生物学研究中具有关键作用。在生物学领域，这一技术能够同时标记多个蛋白质或细胞器，研究多个目标或特征，从而提供更全面的细胞图像，提供了观察大分子、细胞器以及细胞结构和功能之间相互作用的视觉手段，有力地推动了生物学研究的进展。
2、相关技术中，三维多色成像往往需要用到复杂的分光装置，系统比较复杂，通常需要设置多个通道来识别不同波长，而检测更多波长则需要增加通道数，导致系统复杂性大大增加。采用顺序采集的方式导致不同颜色之间存在一定的时间间隔，成像较慢，这可能导致在数据采集过程中出现样品位置的漂移问题，从而对准确性产生影响。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种多色傅里叶光场成像系统及方法，以解决现有三维多色成像系统极为复杂且成像较慢的问题。
2、第一方面，本发明提供了一种多色傅里叶光场成像系统，系统包括：
3、物镜，用于收集样品的荧光分子发射的荧光；
4、光路，用于滤除荧光中的激发光和环境光，并对滤除后的荧光进行成像并变换得到频谱信息；
5、相位元件，相位元件具有成像功能及色散功能，用于接收并调制频谱信息，得到四维光场图；
6、探测器，用于基于频谱信息进行成像，得到四维光场图，以使得根据四维光场图进行样品的四维重建。
7、在本发明中，通过利用具有成像功能及色散功能的相位元件，对现有的光场系统进行升级，在无需大规模改动系统的情况下，可以获取到样品更多维度的信息，从而显著减少了成本和时间投入。通过具有成像功能及色散功能的相位元件可以对在衍射波长范围内、数量不限的波长进行成像，使系统更加灵活，不仅能够轻松应对已知波长的成像需求，还可以对未知波长进行识别，拓展了应用的广度，在波长选择上更具开放性和适用性。成像系统能够同时捕获多种波长的样品信息，仅需一次成像曝光即可获取多波长的三维信息，消除了样品漂移问题，使得成像结果更加准确可靠。在提高信息维度的同时还保持了原显微镜的图像采集速度，实现了高速且准确的成像。与此同时，在无需大规模改动系统的情况下，获取到样品更多维度的信息，显著减少了成本和时间投入，成像速度快、维度多，波长选择灵活。
8、在一种可选的实施方式中，光路，包括：
9、二向色镜，用于滤除激发光和环境光并选通发射荧光；
10、管镜，用于对滤除后的荧光进行成像，二向色镜位于管镜与物镜之间；
11、傅里叶透镜，用于对滤除后的荧光的成像结果进行傅里叶变换，得到频谱信息。
12、在该方式中，通过在管镜与物镜之间设置二向色镜，有效过滤去除激发光和环境光，便于对过滤后的荧光的成像结果进行傅里叶变换，实现更为准确的成像。
13、在一种可选的实施方式中，在傅里叶透镜前焦面的原始成像面处对荧光进行光学傅里叶变换，在傅里叶透镜后焦面将原始成像面处的空域信息变换为频谱信息。
14、在该方式中，通过在傅里叶透镜前焦面的原始成像面处对荧光进行光学傅里叶变换，在傅里叶透镜后焦面将原始成像面处的空域信息变换为频谱信息，实现了对空间角度信息均匀采样，较好抑制重建伪影，大幅度减少了计算量，便于后续对频谱信息进行调制及聚焦成像。
15、在一种可选的实施方式中，相位元件集成微透镜阵列相位与若干闪耀光栅元件相位，以实现成像功能及色散功能。
16、在该方式中，观察生物分子的组成成分以及分子与分子之间的相互作用、分子在不同环境的变化对生物显微成像来说是有着重要意义，但是细胞结构是错综复杂的，许多不同亚细胞结构、蛋白质相互重叠。如果想要同时观察多种细胞结构，就需要与多色标记结合，实现多色三维成像。通过将微透镜阵列相位和若干闪耀光栅相位集成在一起，整合成得到带有成像功能及色散功能的双功能相位元件，替换原本的微透镜阵列，实现一次曝光得到四维光场图像的功能。同时，闪耀光栅具有衍射效率高，光能利用率高的优点。
17、在一种可选的实施方式中，相位元件阵列于傅里叶透镜的后焦面。
18、在该方式中，通过设置相位元件，使系统能够同时捕获多种波长的信息且成像，仅需一次成曝光即可获取多波长的三维信息，提高了信息维度，在无需大规模改动系统的情况下，实现了获取样品更多维度的信息，显著减少了成本和时间投入。
19、在一种可选的实施方式中，闪耀光栅的旋转角度为0°，120°与240°，用于将样品的波长信息的变化方向与样品的深度信息的变化方向进行区分，以实现波长信息与深度信息之间相互正交。
20、在该方式中，通过将闪耀光栅的旋转角度设置为0°，120°与240°，使得成像的色散方向与深度变化方向相互正交，实现了波长信息与深度信息之间互不影响；与此同时，由于探测器的成像面有限，将闪耀光栅的旋转角度设置为0°，120°与240°的设计也可以达到探测器成像面应用的最大化。不同波长的光经过闪耀光栅后分别往不同的方向衍射，通过一次成像即可获得四维光场图。
21、第二方面，本发明提供了一种多色傅里叶光场成像方法，方法包括：
22、收集样品的荧光分子发射的荧光；
23、对荧光进行成像，得到样品对应的四维光场图；
24、对四维光场图进行重建，得到样品对应的多色三维图像。
25、在本发明中，通过利用多色傅里叶光场成像系统采集得到的四维光场图，处理得到样品对应的多色三维图像，提高了成像的信息维度。
26、在一种可选的实施方式中，对四维光场图进行重建，得到样品对应的多色三维图像，包括：
27、利用四维反卷积算法，重建四维光场图的三维结构信息和波长信息，得到样品对应的多色三维图像。
28、在该方式中，通过利用四维反卷积算法，使得重建四维光场图的三维结构信息和波长信息的概率似然性最大化，更为接近样品自身的三维图像，进一步提高了成像的准确性。
29、在一种可选的实施方式中，四维光场图包括具有不同四维坐标的荧光分子的点扩散函数；
30、利用四维反卷积算法，重建四维光场图的三维结构信息和波长信息，包括：
31、引入随机概率成像模型，计算四维光场图的最大似然概率；
32、基于最大似然概率，更新四维光场图的三维体积参数和波长信息，直至三维体积和波长信息参数收敛，得到四维光场图的三维结构信息和波长信息。
33、在该方式中，通过在三维的基础上引入了波长的维度，经过多色傅里叶光场显微成像系统得到的二维图片中包含了四维的信息，由于系统的点扩散函数的平移不变，系统的三维点扩散函数可以由光轴上不同轴向深度、不同波长的点光源所形成的点扩散函数组成。通过将波长维度的信息，排列到深度维度的方向上，系统点扩散函数由物空间中三维物体不同位置、不同波长的点扩散函数排列组成，通过反卷积，恢复得到多色三维图像。
1.一种多色傅里叶光场成像系统，其特征在于，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光路，包括：
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述傅里叶透镜前焦面的原始成像面处对所述荧光进行光学傅里叶变换，在所述傅里叶透镜后焦面将所述原始成像面处的空域信息变换为频谱信息。
4.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述相位元件集成微透镜阵列相位与若干闪耀光栅元件相位，以实现成像功能及色散功能。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述相位元件阵列于所述傅里叶透镜的后焦面。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述闪耀光栅的旋转角度为0°，120°与240°，用于将所述样品的波长信息的变化方向与所述样品的深度信息的变化方向进行区分，以实现所述波长信息与所述深度信息之间相互正交。
7.一种多色傅里叶光场成像方法，其特征在于，所述方法包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述四维光场图进行重建，得到所述样品对应的多色三维图像，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述四维光场图包括具有不同四维坐标的所述荧光分子的点扩散函数；
