超分辨顯微鏡可以根據不同的分類方式進行劃分。根據實現原理，可以分為兩類：“真正的”超分辨技術和“功能性”超分辨技術。

“真正的”超分辨技術通過捕捉倏逝波中包含的信息并直接給出超分辨率圖像。而“功能性”超分辨技術則使用智能實驗技術和對被成像樣本的已知限制來重建和產生確定性（利用非線性熒光團的響應）或隨機（利用熒光團的復雜時間行為）超分辨率圖像。

另外，根據應用的技術手段，超分辨顯微鏡主要可以分為三類：刺激發射熒光顯微鏡、結構亞波長光學顯微鏡和單分子熒光恢復成像技術。

此外，超分辨方法也可以通過三個Z名的家族來識別，包括結構化照明SIM、受激發射損耗STED和單分子定位方法。其中，SIM、STED、STORM、PALM、PAINT等多種超分辨率技術已成功應用于生物領域。

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