[發明專利]一種基于傅里葉疊層成像的LED矩陣校正方法

有效

• 申請號: 201911419444.8
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111158131B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 顏成鋼;方運志;姚婷婷;孫垚棋;張繼勇;張勇東
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G02B21/06
• 分類號: G02B21/06;G02B21/36;G06F17/16;G06T3/40
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

1.一種基于傅里葉疊層成像的LED矩陣校正方法，其特征在于：具體包括如下步驟：

步驟1：成像系統的搭建，包括LED照明矩陣、一個低倍物鏡、顯微鏡、一個樣本目標以及一個CCD攝像頭；顯微鏡為常用顯微鏡，配以一個低倍物鏡，待分辨樣本放置在載物臺上；在樣本下方適當距離h＝6～9cm處放置LED照明矩陣，每個LED元件可發出一個平面波；在成像位置放置一個CCD攝像頭用以捕獲低分辨率圖像；

步驟2：對系統建立坐標系模型；以系統光軸方向為z軸，以垂直光軸方向的LED照明矩陣所在平面為XOY平面，其中以中心LED元件為XOY平面中心原點(x₀,y₀)，能夠確定每個LED元件坐標；

步驟3：初始化高分辨率樣本圖像o(x,y)和孔徑頻譜函數P(u,v)，并對樣本函數進行傅里葉變換在傅里葉域內生成對應的頻譜O(u,v)；

步驟4：按照次序依次點亮每個LED光源，對于每個LED發出的入射波向量(u_i,v_i)，根據光學成像理論評估出對應產生的低分辨率圖像而入射波照在樣本平面后沿光軸方向繼續傳播，最終在成像平面上生成實際的低分辨率強度圖l_i(x,y)，由CCD捕獲；具體為：

依次點亮每個LED照射樣本，對于每個LED入射波向量(u_i,v_i)，圖像預估值為：Ψ_i(u,v)＝O(u-u_i,v-v_i)P(u,v)；評估圖像值為I_e(u,v)＝|Ψ_i(u,v)|²；

對應空域圖像：其中F^-1(·)表示傅里葉逆變換；l_i(x,y)為CCD獲取的實際低分辨率圖像,對應傅里葉頻譜圖像：I_i(u,v)＝F[l_i(x,y)]；

步驟5：根據評估圖像和實際圖像l_i(x,y)設計代價函數E＝f(x,y)，該代價函數代表了光學系統采集的圖像與理論成像之間的偏差，縮小該偏差便能提高系統成像的質量；具體為：

根據評估圖像I_e(u,v)和實際圖像I_i(u,v)設計代價函數E，每一個LED誤差函數為：cost_i＝[I_e(u,v)-I_i(u,v)]²；由于LED是個15*15矩陣，那么代價函數也可寫成:LED元件的位置偏差通常不超出毫米級別，因此每個評估圖像和實際圖像的偏差cost_i很小，接近于：其中E和E₊都是15*15矩陣；

步驟6：利用求函數偏導數的方法尋求每個LED元件位置偏差(Δx_i，Δy_i)，對元件位置進行更新校正，計算更新后的代價函數；具體為：

利用求函數偏導數方法求解LED元件的位置偏差Δx，Δy：

其中：都是15*15矩陣，則根據誤差函數和代價函數求解未知量；對每個LED元件的位置進行更新：

x′_i＝x_i-αx_i，y′_i＝y_i-βy_i；其中α＝β＝0.2，皆為可調節參數；坐標更新后計算每個誤差函數cost_i，如果cost_i減小，則更新對應的x_i＝x_i′，y_i＝y_i′；否則x_i，y_i保持先前的數值不變；

步驟7：按照步驟4～6重復執行M＝4～6次，進一步減小LED的位置偏差，確定最終的LED坐標；

步驟8：選取好LED位置，運用傅里葉疊層成像方法重構出高分辨率圖像。