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超分辨定位成像技术提供了突破衍射极限的空间分辨率,为研究生物大分子及细胞器的精细结构、分布规律及功能等提供了新的光学成像工具。超分辨定位成像技术与新型大面阵弱光探测器相结合,发展出了大视场超分辨定位成像技术,为高通量成像、高内涵筛选等应用领域提供了新的契机。本文系统研究了基于背照式大面阵科研级互补金属氧化物半导体(Scientific Complementary Metal Oxide Semiconductor,s CMOS)探测器的超分辨定位成像方法、在线稀疏分子定位方法及在线图像采集终止时间的判定,促进了大视场超分辨定位成像技术的发展和成熟。具体内容如下:(1)基于背照式大面阵s CMOS探测器的大视场超分辨定位成像方法。本文通过光子传递曲线测量系统和探测器性能直接评价系统,在三类指标(单像素、单分子、超分辨成像)上对背照式大面阵s CMOS探测器进行了系统的成像性能评估。基于均匀入射光、荧光小球和细胞样品的实验发现:与两款常用弱光探测器相比,该探测器在三类指标上都具有成像优势。在此基础上,初步开展了基于背照式大面阵s CMOS探测器的大视场超分辨定位成像技术的研究。(2)在线稀疏分子定位方法。本文研究了单分子信号分布模型,开发了基于单分子频域信息的在线稀疏分子定位算法---频域分析法(Fast Fourier Transform Localization,FFTLocalization)。该方法简化了从单分子分布中估算精确位置的问题,避免了传统拟合算法中的大量迭代运算。在此基础上,本文开发了以图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)并行计算和频域分析法为基础的稀疏分子定位软件。仿真数据和实验数据表明,频域分析法能够在保证高精度定位的同时,实现大视场超分辨定位成像的在线稀疏分子定位。(3)图像采集终止时间的在线判定。在基本思想“超分辨定位成像的最终目的是获取目标精细结构而非完整的分子位置列表”的基础上,本文结合定位点的相关性,提出了结构分辨指数(Structure Resolving Index,SRI)概念,并基于SRI实现了图像采集终止时间的在线判定。SRI用于判定图像采集终止时间理论上能够减少由荧光分子的多次闪烁特性或距离过近而无法在超分辨图像中被分辨的相邻分子带来的额外数据量。仿真数据和实验数据表明,结构分辨指数能够用于图像采集终止时间的在线判定,且能够在保证超分辨图像结构分辨能力的同时,减小26.0%~54.9%的原始数据量。综上所述,本文发展了一系列针对大视场超分辨定位成像的数据获取与处理方法,提升了大视场超分辨定位成像的性能和易用性,有望促进超分辨定位成像在高通量成像、高内涵筛选等方面的应用。