[發明專利]一種自適應降噪的傅里葉衍射掃描顯微鏡成像方法

有效

• 申請號: 201810318527.7
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108537862B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 許廷發;陳思凝;張繼洲;王杏;張一舟
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T11/60
• 分類號: G06T11/60
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允;仇蕾安

本發明公開了一種自適應降噪的傅里葉衍射掃描顯微鏡成像方法，具體為：針對傅里葉衍射掃描顯微鏡，采用DPC的方法得到相位初始值；采用傅里葉衍射掃描顯微鏡中的低倍鏡和LED陣列采集獲得不同入射角度下的圖像，在頻域中，不同入射角度下的圖像對應不同的頻域孔徑；以垂直入射角度所對應的圖像的頻域圖為初始頻域圖，其相位值替換為相位初始值，執行迭代；迭代過程中，在空域，保持相位不變，強度替換為該頻域孔徑所對應的入射角度下的圖像的強度，再變換回頻域；依步長取下一次迭代輸入的頻域圖，重復迭代直至所有入射角度的圖像的頻域圖完成迭代；步長為自適應步長；再次重復迭代，直到重建的復振幅圖像收斂，最終獲得結果圖像。

技術領域

本發明涉及本發明涉及計算顯微成像領域，具體涉及一種自適應降噪的傅里葉衍射掃描顯微鏡成像方法。

背景技術

近年來，光學顯微鏡在生物、化學和醫療領域一直有著廣泛的應用，隨著顯微鏡和相關技術的發展，許多領域對寬視場、高分辨率、大景深、長工作距離的光學顯微鏡提出了需求。傳統的顯微鏡系統的性能主要取決于顯微物鏡的NA(數值孔徑)，較低NA值的物鏡具有較大的視場和工作距離，適合觀察樣本的整體情況，但由于此時的截止頻率為，所以無法看清細節信息；而高NA值的物鏡具有較高的分辨率，可以看清細節，但工作距離短，操作不便，且視場范圍小。所以基于實現大視場、高分辨率顯微成像的迫切需求，目前已有機械掃描拼合，或是合成孔徑成像等方法，但是，這些方法往往要求有精密的機械掃描裝置或是相位檢測，成本較高、難以大規模應用。

康涅狄格大學的KaikaiGuo等人提出了一種低成本的大視場顯微成像系統，通過使用低成本的步進電機驅動載物臺移動，并在每次移動后成像，最終將所有小視場圖像拼合在一起成為一幅超大視場的圖像。該方法的缺點在于需要步進電機的移動并且采集的數據量巨大。

加州理工學院的Guoan Zheng和Changhuei Yang等人提出了一種新的成像方法，稱為傅里葉衍射掃描(Fourier Ptychography)，通過多次成像增大系統的等效孔徑，得到突破衍射極限的空間分辨率，但該算法仍存在許多問題，例如重建高分辨率圖像需要的數據較多，重建過程緩慢，由于LED斜入射的影響，暗場成像過程中的噪聲不可避免，并且嚴重影響顯微成像的圖像質量。后來，清華大學的Liheng Bian等人提出了一種根據圖像內容在頻域中自適應的選取最有效區域來進行圖像重建的方法，可以縮短重建時間。但有效區域選擇的過程中，就已經丟掉了很多細節信息，恢復出的相位和強度的分辨率也會下降。

由此可見，現有的計算顯微成像方法中存在的重建速度慢、噪聲干擾大、最終成像分辨率較低等問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種自適應降噪的傅里葉衍射掃描顯微鏡成像方法，能夠自適應濾除圖像重建過程中的噪聲，校正每一個LED的位置偏差，進行高分辨率的顯微鏡成像，且提高了圖像重建速度。

為達到上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟：

S1、針對傅里葉衍射掃描顯微鏡，采用自適應相位對比DPC的方法，計算得到相位初始值。

S2、采用傅里葉衍射掃描顯微鏡中的低倍鏡和LED陣列采集獲得不同入射角度下的圖像，在傅里葉成像頻譜面上，所述不同入射角度下的圖像對應不同的頻域孔徑，通過合成所有頻域孔徑對應的頻域圖，在空域中組成復振幅圖像。

S3、以垂直入射角度所對應的圖像的頻域圖為初始頻域圖，初始頻域圖的相位值替換為相位初始值、強度不變，垂直入射角度所對應的頻域孔徑為初始頻域孔徑。

以初始頻域圖作為迭代輸入的頻域圖，執行S4。

S4、將迭代輸入的頻域圖逆傅里葉變換到空域，在空域，初始頻域圖的頻域孔徑內，保持相位不變，強度替換為該頻域孔徑所對應的入射角度下的圖像的強度，之后再傅里葉變換回頻域，至此得到迭代結果頻域圖，完成一次對迭代輸入的頻域圖的頻域和空域的交替迭代。