[發明專利]基于主成分分析的結構光照明顯微成像方法

在審

• 申請號: 202211295359.7
• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115541550A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 左超;錢佳銘;陳錢;劉永燾;吳洪軍;曹煜;畢瑩
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

1.一種基于主成分分析的結構光照明顯微成像方法，其特征在于，具體步驟為：

步驟1：采集結構光照明超分辨所需的樣品原始照明圖像；

步驟2：分離樣品的三個頻譜信息；

步驟3：通過雙窗頻域掩碼掩碼算子提取1級頻譜的中心能量；

步驟4：獲取照明向量因子；

步驟5：提取照明向量因子的主成分；

步驟6：從照明向量因子主成分中精確估計照明參數；

步驟7：進行頻譜分離精確分離與超分辨圖像重建。

2.根據權利要求1所述的基于主成分分析的結構光照明顯微成像方法，其特征在于，采集結構光照明超分辨所需的樣品原始照明圖像的具體方法為：

通過結構光照明成像系統采集樣品在三個不同照明方向上的三步相移正弦照明圖像。

3.根據權利要求2所述的基于主成分分析的結構光照明顯微成像方法，其特征在于，任一方向上的三步相移正弦照明圖像具體為：

其中，D表示被采集的照明圖像，下標n表示三步相移圖像中的第幾幅，n＝1或2或3，r代表圖像空間坐標，表示卷積運算，S為樣品信息，P表示成像系統的點擴散函數，k_ex、和m分別為照明參數的波矢、初相和調制深度，表示相移步數。

4.根據權利要求1所述的基于主成分分析的結構光照明顯微成像方法，其特征在于，樣品的三個頻譜信息包括0級和±1級頻譜信息，分離樣品的三個頻譜信息的具體方法為：

步驟2.1：對步驟1中獲取的照明圖像進行傅里葉變換，變換后的頻譜圖像被表示為：

其中上標～表示原對象的傅里葉變換，k代表頻率坐標，下標0和±1代表分離的樣品頻譜的級次，表示照明圖像D的頻譜圖，分別表示無光學傳遞函數與照明參數成分的樣品S的0級頻譜、﹢1級頻譜和-1級頻譜，O代表系統的光學傳遞函數，j代表虛數符號，e為自然底數，k_ex、分別為照明參數的波矢、初相；

步驟2.2：對步驟2.1獲得的頻譜圖像進行線性組合并初步分離出樣品的0級和±1級頻譜信息：

令C₀，C₁，C_-1分別為初步分離的樣品0級和±1級頻譜信息。

5.根據權利要求1所述的基于主成分分析的結構光照明顯微成像方法，其特征在于，步驟3通過雙窗頻域掩碼掩碼算子提取1級頻譜的中心能量，具體為：

步驟3.1：利用整像素的波矢量將樣品﹢1級頻譜移動至圖像中心，被移動后的樣品﹢1級頻譜信息被表示為：

式中k_int表示整像素的波矢量，k_sub表示殘余的亞像素的波矢量；

步驟3.2：利用雙窗頻域掩碼算子提取被整像素移動后的﹢1級頻譜的中心頻譜信號，提取的﹢1級頻譜中心能量被表示為：

式中，NaN表示無效點，k_x,min表示雙窗頻域掩碼算子中信號窗在水平x方向上的左邊界或下邊界，k_y,min雙窗頻域掩碼算子中信號窗在豎直y方向上的左邊界或下邊界，k_x,max表示雙窗頻域掩碼算子中信號窗在水平x方向上的右邊界或上邊界，k_y,max表示雙窗頻域掩碼算子中信號窗在豎直y方向上的右邊界或上邊界，R表示雙窗頻域掩碼算子中空白窗在水平和豎直方向上的尺寸，k_x、k_y表示沿水平x或豎直y方向上的頻率坐標。

6.根據權利要求1所述的基于主成分分析的結構光照明顯微成像方法，其特征在于，步驟4獲取照明向量因子的具體方法為：

對樣品﹢1級中心頻譜信息進行逆傅里葉變換，并得到其e指數項：

式中，exp表示以e為底的指數函數，angle表示返回相位的函數，表示傅里葉逆變換操作。