[發(fā)明專利]基于希爾伯特變換的結(jié)構(gòu)照明快速三維彩色顯微成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010061033.2
• 申請(qǐng)日: 2020-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN111123496B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B21/06
• 分類號(hào): G02B21/06;G02B21/36;G06T7/90
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 范盈

1.基于希爾伯特變換的結(jié)構(gòu)照明快速三維彩色顯微成像方法，其特征在于包括以下步驟：

1)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)照明光場：

由單色LED或白光LED照明，通過數(shù)字微鏡器件DMD產(chǎn)生2個(gè)空間方向相同、相位相差π的任意方向的正弦條紋結(jié)構(gòu)照明光場，結(jié)構(gòu)照明光場經(jīng)過顯微物鏡照射載物臺(tái)上的樣品；

2)彩色CCD相機(jī)采集圖像：

對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相位的結(jié)構(gòu)照明光場，彩色CCD相機(jī)分別采集樣品當(dāng)前層的兩幅彩色二維圖像I₀(RGB)、I_π(RGB)；

3)圖像處理：

3.1)將步驟2)中采集到的兩幅不同相位的彩色二維圖像I₀(RGB)和I_π(RGB)，按照公式(1)計(jì)算得到去除條紋的彩色寬場圖像I_wide(RGB)；

3.2)將步驟2)中采集的兩幅不同相位的彩色二維圖像I₀(RGB)和I_π(RGB)轉(zhuǎn)換為灰度圖像I_0gray(x,y)和I_πg(shù)ray(x,y)，再利用公式(2)將I_0gray(x,y)和I_πg(shù)ray(x,y)寫為；

其中，I_in表示二維灰度焦面圖像，I_out表示離焦背景，m為正弦條紋的調(diào)制度，p為條紋的空間頻率；

3.3)計(jì)算樣品當(dāng)前層的二維灰度焦面圖像I_in(x,y)；

3.4)將公式(1)得到的彩色寬場圖I_wide(RGB)和當(dāng)前位置的二維灰度焦面圖像I_in(x,y)相乘，即可得到彩色光切片圖像I_in(RGB)：

I_in(RGB)＝I_wide(RGB)·I_in(x,y) (8)；

3.5)將樣品在軸向以一定層間距移動(dòng)，然后利用彩色CCD相機(jī)在每一層采集兩幅彩色二維圖像I₀(RGB)、I_π(RGB)；

3.6)按照步驟3.1)-3.4)對(duì)每一層進(jìn)行重構(gòu)，得到每一層對(duì)應(yīng)的彩色光切片圖像I_in(RGB)；

3.7)將所有層的彩色光切片圖像I_in(RGB)進(jìn)行疊加，得到樣品的三維彩色圖像I_result(RGB)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于希爾伯特變換的結(jié)構(gòu)照明快速三維彩色顯微成像方法，其特征在于：

步驟3.3)具體為：

a)將步驟3.2)得到的兩幅灰度圖像利用公式(3)相減，得到差值圖像ΔI(x,y)：

其中，C＝2msin(π/2)

b)對(duì)差值圖像ΔI(x,y)二維矩陣中任意一行進(jìn)行一維操作：

b1)令y＝y(tǒng)₀，代入公式(3)計(jì)算得到ΔI(x,y₀)，將ΔI(x,y₀)代入公式(4)做一維希爾伯特變換：

其中y₀表示差值圖像二維矩陣中的任意一行，HT{}表示希爾伯特變換算符，表示卷積算符；

b2)對(duì)比公式(3)和公式(4)發(fā)現(xiàn)，正弦條紋經(jīng)過希爾伯特變換后產(chǎn)生了π/2的相移，鑒于此，構(gòu)造一個(gè)復(fù)數(shù)信號(hào)I_A(x,y₀)：

I_A(x,y₀)＝ΔI(x,y₀)+i·HT_x{ΔI(x,y₀)} (5)

取復(fù)數(shù)信號(hào)的模值：

|I_A(x,y₀)|＝C·I_in(x,y₀) (6)

c)按照步驟b)的操作方法對(duì)差值圖像二維矩陣所有行進(jìn)行一維操作，即獲得一幅完整的灰度焦面圖像I_in(x,y)：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于希爾伯特變換的結(jié)構(gòu)照明快速三維彩色顯微成像方法，其特征在于：所述步驟1)提到的任意方向?yàn)椋篨方向或Y方向。