基于光场信息去除光学像差的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光场信息去除光学像差的方法及装置，其中，该方法包括：获取荧光样本的光场图像，将光场图像重排得到荧光样本不同角度下的子孔径图像；计算各个子孔径图像相对于中心孔径图像的位移量，根据计算出的位移量得到一张位移图，根据位移图计算相应频域面上的相位并得到相位图；对相位图进行处理得到正确相位图，将正确相位图加入点扩散函数的仿真中，得到新的子孔径点扩散函数，根据新的子孔径点扩散函数解得荧光样本正确的三维信息。该方法可以消除光学系统像差与环境样本带来的空间不一致的像差，利用光场信息进行准确的三维重建，不需要标定点扩散函数，简化重建过程。

【技术实现步骤摘要】
基于光场信息去除光学像差的方法及装置
本专利技术涉及光场成像
，特别涉及一种基于光场信息去除光学像差的方法及装置。
技术介绍
光场成像是一种快速体成像方法，通过在光路中加入微透镜阵列记录4D光场信息。由于光场同时记录了空间与角度信息，将单张或者多张光场图进行处理，可得到场景的三维信息。在宏观成像场景中，镜头等光学元件会带入像差；在显微成像中，样本的散射以及光路都会造成像差。这些像差会导致重建结果不准确。另外，由于实际采集的点扩散函数与仿真的不同，一般需要标定系统的点扩散函数，使重建过程更加复杂。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于光场信息去除光学像差的方法，该方法可以消除光学系统像差与环境样本带来的空间不一致的像差，利用光场信息进行准确的三维重建，不需要标定点扩散函数，简化重建过程。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于光场信息去除光学像差的装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于光场信息去除光学像差的方法，包括：S1，获取荧光样本的光场图像，将所述光场图像重排得到所述荧光样本不同角度下的子孔径图像；S2，计算各个子孔径图像相对于中心孔径图像的位移量，根据计算出的位移量得到一张位移图，根据所述位移图计算相应频域面上的相位并得到相位图；S3，对所述相位图进行处理得到正确相位图，将所述正确相位图加入点扩散函数的仿真中，得到新的子孔径点扩散函数，根据所述新的子孔径点扩散函数解得所述荧光样本正确的三维信息。本专利技术实施例的基于光场信息去除光学像差的方法，在采集光场图之后，重排得到子孔径图像，计算各子孔径图像与中心孔径图像的相关函数，得到对应位移量。通过上述位移量，计算出物镜后焦面的相位。通过该相位计算新的子孔径点扩散函数，并计算得到准确的三维重建结果，不需要标定点扩散函数，简化重建过程，并且可以得到准确的三维重建结果。另外，根据本专利技术上述实施例的基于光场信息去除光学像差的方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，利用光场系统获取所述荧光样本的光场图像，根据预设需求将所述光场图像进行重排，得到多个子孔径图像，所述多个子孔径图像分别含有所述荧光样本不同角度的信息。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述光场系统包括：点光源、多个透镜、微透镜阵列和图像传感器，所述点光源包括所述荧光样本，所述图像传感器放置于所述微透镜阵列的后焦面上，采集的所述光场图像为4D信息包含二维空间信息和二维角度信息。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在对所述光场图像重排之前还包括：对所述光场图像进行插值，增加所述光场图像的像素个数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述计算各个子孔径图像相对于中心孔径图像的位移量，包括：计算各子孔径图像与中间孔径图像的互相关函数，找到所述互相关函数最大值对应的坐标，再算出各相应位移量。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：对所述位移图进行扩充。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，根据所述位移图计算相应频域面上的相位为：其中，(u,v)为要计算相位的子孔径块坐标，pi是位移图中所选取路径中的点，按照路径经过顺序排列，piu和piv分别是pi点对应的坐标，(dx,dy)i是pi点对应的位移量。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述对所述相位图进行处理得到正确相位图，包括：对求得的相位进行泽尼克多项式拟合，得到各阶多项式的系数，再由所述系数计算大小合适的所述相位图，计算比例系数，将所述比例系数与所述相位图相乘，得到所述正确相位图；其中，所述比例系数为通过光路参数计算得出或通过仿真算出。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据所述新的子孔径点扩散函数解得所述荧光样本正确的三维信息的方法包括RL算法和极大似然方法。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于光场信息去除光学像差的装置，包括：重排模块，用于获取荧光样本的光场图像，将所述光场图像重排得到所述荧光样本不同角度下的子孔径图像；计算模块，用于计算各个子孔径图像相对于中心孔径图像的位移量，根据计算出的位移量得到一张位移图，根据所述位移图计算相应频域面上的相位并得到相位图；去除模块，用于对所述相位图进行处理得到正确相位图，将所述正确相位图加入点扩散函数的仿真中，得到新的子孔径点扩散函数，根据所述新的子孔径点扩散函数解得所述荧光样本正确的三维信息。本专利技术实施例的基于光场信息去除光学像差的装置，在采集光场图之后，重排得到子孔径图像，计算各子孔径图像与中心孔径图像的相关函数，得到对应位移量。通过上述位移量，计算出物镜后焦面的相位。通过该相位计算新的子孔径点扩散函数，并计算得到准确的三维重建结果，不需要标定点扩散函数，简化重建过程，并且可以得到准确的三维重建结果。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的基于光场信息去除光学像差的方法流程图；图2为根据本专利技术一个具体实施例的基于光场信息去除光学像差的方法流程图；图3为根据本专利技术一个实施例的光场系统示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的单张光场重排示意图；图5为根据本专利技术一个实施例的光场图及重排后子孔径图像示例图；图6为根据本专利技术一个实施例的相位计算算法流程图；图7为根据本专利技术一个实施例的位移量示意图；图8为根据本专利技术一个实施例的相位计算路径示意图；图9为根据本专利技术一个实施例的补偿相位示例图；图10为根据本专利技术一个实施例的算法效果示例图；图11为根据本专利技术一个实施例的基于光场信息去除光学像差的装置结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于光场信息去除光学像差的方法及装置。首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于光场信息去除光学像差的方法。图1为根据本专利技术一个实施例的基于光场信息去除光学像差的方法流程图。如图1所示，该基于光场信息去除光学像差的方法包括以下步骤：步骤S1，获取荧光样本的光场图像，将光场图像重排得到荧光样本不同角度下的子孔径图像。在本专利技术的实施例中，步骤S1进一步包括：利用光场系统获取荧光样本的光场图像，根据预设需求将光场图像进行重排，得到多个子孔径图像，多个子孔径图像分别含有荧光样本不同角度的信息。在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光场信息去除光学像差的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，获取荧光样本的光场图像，将所述光场图像重排得到所述荧光样本不同角度下的子孔径图像；/nS2，计算各个子孔径图像相对于中心孔径图像的位移量，根据计算出的位移量得到一张位移图，根据所述位移图计算相应频域面上的相位并得到相位图；/nS3，对所述相位图进行处理得到正确相位图，将所述正确相位图加入点扩散函数的仿真中，得到新的子孔径点扩散函数，根据所述新的子孔径点扩散函数解得所述荧光样本正确的三维信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光场信息去除光学像差的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取荧光样本的光场图像，将所述光场图像重排得到所述荧光样本不同角度下的子孔径图像；
S2，计算各个子孔径图像相对于中心孔径图像的位移量，根据计算出的位移量得到一张位移图，根据所述位移图计算相应频域面上的相位并得到相位图；
S3，对所述相位图进行处理得到正确相位图，将所述正确相位图加入点扩散函数的仿真中，得到新的子孔径点扩散函数，根据所述新的子孔径点扩散函数解得所述荧光样本正确的三维信息。


2.根据权利要求1所述的基于光场信息去除光学像差的方法，其特征在于，所述S1包括：利用光场系统获取所述荧光样本的光场图像，根据预设需求将所述光场图像进行重排，得到多个子孔径图像，所述多个子孔径图像分别含有所述荧光样本不同角度的信息。


3.根据权利要求2所述的基于光场信息去除光学像差的方法，其特征在于，所述光场系统包括：点光源、多个透镜、微透镜阵列和图像传感器，所述点光源包括所述荧光样本，所述图像传感器放置于所述微透镜阵列的后焦面上，采集的所述光场图像为4D信息包含二维空间信息和二维角度信息。


4.根据权利要求1所述的基于光场信息去除光学像差的方法，其特征在于，在对所述光场图像重排之前还包括：对所述光场图像进行插值，增加所述光场图像的像素个数。


5.根据权利要求1所述的基于光场信息去除光学像差的方法，其特征在于，所述计算各个子孔径图像相对于中心孔径图像的位移量，包括：计算各子孔径图像与中间孔径图像的互相关函数，找到所述互相关函数最大值对应的坐标，再算出各相应位移量。


6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴琼海，张亿，季向阳，吴嘉敏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11