[發(fā)明專利]基于數(shù)字全息顯微成像的劃區(qū)復(fù)合相位解包裹方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110595634.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN113393472B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左超;王小鳳;吳育民;李卓識(shí);孫佳嵩;馮世杰;蔡澤偉;李加基;范瑤;張潤南;張玉珍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/11
• 分類號(hào): G06T7/11;G06T7/136;G06T5/50;G06F17/16;G06F17/14
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

1.一種基于數(shù)字全息顯微成像的劃區(qū)復(fù)合相位解包裹方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟1，采用透射式全息光路搭建的顯微成像系統(tǒng)采集一幅被測樣品原始全息圖像；

步驟2，將原始全息圖像經(jīng)傅里葉變換成頻譜圖，提取+1級(jí)譜并移至中心進(jìn)行逆傅里葉變換，得到全息圖像，運(yùn)用角譜傳播原理對(duì)全息圖像進(jìn)行聚焦，提取出全息相位圖，其中，將原始全息圖像經(jīng)傅里葉變換成頻譜圖，提取+1級(jí)譜的具體方法為：

原始全息圖像的光強(qiáng)為：

式中，I_H(x,y)為原始圖像的光強(qiáng)信息，I_O(x,y)為物光光強(qiáng)信息，I_R(x,y)為參考光光強(qiáng)信息，o_O(x,y)為物光相位信息，C_R(x,y)為參考光相位信息；

對(duì)全息圖像的光強(qiáng)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到：

式中F[■]表示快速傅里葉變換，α(x,y)＝I_O(x,y)+I_R(x,y)表示物光I_O(x,y)與參考光I_R(x,y)相干后的直流分量，A＝F[α(x,y)]是對(duì)兩相干光的直流分量做快速傅里葉變換得到的結(jié)果；

為實(shí)像，表示實(shí)像的光強(qiáng)大小，exp[iφ_O(x,y)-iφ_R(x,y)]是實(shí)像的幅角分布，i表示虛數(shù)單位，F(xiàn)₊₁是實(shí)像對(duì)應(yīng)的+1級(jí)譜；

為虛像，F(xiàn)_-1是虛像對(duì)應(yīng)的-1級(jí)譜；

通過截取圖像直接從傅里葉頻譜圖中單獨(dú)提取出+1級(jí)譜；

提取出的全息相位圖為：

其中，Im(■)表示f₊₁的虛部，Re(■)表示f₊₁的實(shí)部，f₊₁為空間光強(qiáng)分布

步驟3，采用PCA主成分分析法對(duì)全息相位圖進(jìn)行相位去相差，得到樣品去相差后的全息相位圖；

步驟4，基于路徑傳遞解包裹，根據(jù)消除相位畸變后的全息相位圖的像素大小，計(jì)算相位導(dǎo)數(shù)方差，得到質(zhì)量圖；

步驟5，根據(jù)質(zhì)量圖質(zhì)量因子的大小對(duì)質(zhì)量圖分布進(jìn)行劃區(qū)，不同質(zhì)量區(qū)采用不同相位解包裹算法進(jìn)行解包裹，并將質(zhì)量區(qū)融合拼接，得到解包裹相位。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字全息顯微成像的劃區(qū)復(fù)合相位解包裹方法，其特征在于，采用PCA主成分分析法對(duì)全息相位圖進(jìn)行相位去相差的具體方法為：

(1)將全息相位圖φ_H(x,y)記為矩陣X；

(2)將矩陣X每行重新進(jìn)行零點(diǎn)平均值變換；

(3)計(jì)算出矩陣X的協(xié)方差矩陣其中X^T為矩陣X的轉(zhuǎn)置矩陣；

(4)計(jì)算協(xié)方差矩陣C的特征向量e₁,e₂……e_t和特征值λ,t＝1,2……N*M；

(5)對(duì)特征值從大到小排序，選擇其中最大的k個(gè)；將對(duì)應(yīng)的k個(gè)特征向量分別作為行向量組成特征向量矩陣P；Y＝PX即為矩陣X降維到k維后的數(shù)據(jù)矩陣；

(6)對(duì)求得的降維后的數(shù)據(jù)矩陣Y進(jìn)行最小二乘擬合去相差。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字全息顯微成像的劃區(qū)復(fù)合相位解包裹方法，其特征在于，相位導(dǎo)數(shù)方差的計(jì)算公式為：

式中，(m，n)為中心范圍內(nèi)的k*k像素所代表的大小的方形內(nèi)各個(gè)像素點(diǎn)的下標(biāo)值(i，j)的像素梯度范圍，和是分別是相位沿著x和y兩個(gè)不同方向的像素包裹點(diǎn)間相位差的梯度，和分別表示窗口內(nèi)的兩個(gè)相位偏導(dǎo)率函數(shù)的兩個(gè)平均值， 根據(jù)該式，求得全息相位圖對(duì)應(yīng)的質(zhì)量圖Q(m，n)，質(zhì)量圖Q(m，n)是一幅M行N列的二維數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)矩陣圖，矩陣的每一個(gè)元素即為質(zhì)量因子，質(zhì)量因子是取值在[0，1]的數(shù)值。