傅里叶叠层成像照明系统的优化方法技术方案

本申请涉及一种傅里叶叠层成像照明系统的优化方法，包括确定傅里叶叠层成像照明系统采集到的图像不存在渐晕，以及采集到的图像包含多张明场图像的情况下，照明器件中相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值；根据相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值，调整照明器件中部分光源单元的位置或者部分光源单元与样本之间的距离，以消除渐晕。本申请在原有系统结构的基础上规避了渐晕影响，没有多余硬件的加入；规避了由于渐晕现象导致的FPM实验必须依赖于GPU将采集到的大视场图片进行分块并行处理的手段，大大降低了系统的成本，提升了数据恢复效率。提升了数据恢复效率。提升了数据恢复效率。

【技术实现步骤摘要】
傅里叶叠层成像照明系统的优化方法


[0001]本申请涉及光学信息获取与处理
，具体地，涉及一种傅里叶叠层成像照明系统的优化方法。

技术介绍

[0002]傅里叶叠层成像技术(Fourier ptychographic microscopy，FPM或FP)，融合了光学的相位恢复技术与微波的合成孔径技术，能够以低NA物镜实现大视场的同时实现高分辨率和定量相位成像，从而能够实现较高的成像通量。然而在FPM技术走上应用的过程中，面临着一个问题，就是在恢复时必须将采集到的大视场图像进行分块处理，通过GPU的并行计算后，而后将这些高分辨率碎片图像拼接成高分辨率全视场图像。在FPM成像过程中，必须使用分块方法的原因主要有多个，其中最重要的原因是，由于系统硬件限制使得光瞳无法被光线充满，此时会出现渐晕现象，导致FPM不再是线性空不变模型，造成恢复图像中存在“褶皱”伪影，通过分块可以避免渐晕现象，从而保持模型的线性空不变特性。
[0003]然而，分块处理会使得FPM技术面临以下问题：其一是傅里叶叠层成像系统主要应用在生物医学诊断、工业检测中，帮助医生或研究人员更好的对细胞、病理、工业制造缺陷做出分析与判断，但是医院等非科研实验室条件下很难普及高性能的GPU器件，利用GPU实现的分块并行计算会使得FPM系统的造价成本大大上升，不利于其走向应用市场；其二是在分块处理时需要满足大于10％的图像交叠率，这使得总体计算量上升，时间成本增加。
[0004]为了消除渐晕现象，现有技术中针对FPM中的光源面型以及照明模式进行了设计，但是均不能起到消除渐晕的效果，依旧依赖于GPU实现成像。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请提供一种傅里叶叠层成像照明系统的优化方法。
[0006]第一方面，提供一种傅里叶叠层成像照明系统的优化方法，包括：
[0007]确定傅里叶叠层成像照明系统采集到的图像不存在渐晕，以及采集到的图像包含多张明场图像的情况下，照明器件中相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值；
[0008]根据相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值，调整照明器件中部分光源单元的位置或者部分光源单元与样本之间的距离，以消除渐晕。
[0009]在一个实施例中，方法还包括：
[0010]构建傅里叶叠层成像照明系统采集到的图像不存在渐晕，以及采集到的图像包含多张明场图像对应的约束条件，约束条件用以下公式表示：
[0011][0012]其中，X为物面视场边长，n为多张明场图像分布式排列时的行数或列数，n为奇数，D为物面上的光瞳直径，L为相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离。
[0013]在一个实施例中，照明器件中相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值，采用以下公式计算：
[0014][0015]其中，L
TOV
为采集到的图像包含n
×
n张明场图像时相邻光源单元点亮时，物面视场之间的中心距离最优值，D为物面上的光瞳直径。
[0016]在一个实施例中，根据所述相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值，调整照明器件中部分光源单元的位置，以消除渐晕，包括：
[0017]确定样本与照明器件之间的间距最优值，采用以下公式计算；
[0018][0019]其中，h
TOV
为样本与照明器件之间的间距最优值，L
TOV
为采集到的图像包含n
×
n张明场图像时相邻光源单元点亮时，物面视场之间的中心距离最优值，NA为物镜数值孔径，为物面上的光瞳直径，d
LED
为照明器件中相邻光源单元之间的距离；
[0020]调整样本与照明器件之间的间距达到样本与照明器件之间的间距最优值h
TOV
；
[0021]确定照明器件中需要移动的光源单元；
[0022]当调整物面视场边长为X时，根据样本与照明器件之间的间距最优值h
TOV
、采集到的图像包含n
×
n张明场图像时相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值L
TOV
，确定每个需要移动的光源单元的移动距离和移动方向；
[0023]根据每个需要移动的光源单元的移动距离和移动方向调整每个需要移动的光源单元的位置。
[0024]在一个实施例中，确定照明器件中需要移动的光源单元，包括：
[0025]针对每个光源单元，若光源单元点亮时采集到的图像为明场图像，若存在p，(p＝1,2,3,4)，p为视场顶点编号，使得则光源单元需要移动，其中，C(中心)为照明器件中心位置的光源单元点亮时物面视场中心点，C
p
(m)为编号为m的光源单元点亮时物面视场编号为p的顶点；D为物面上的光瞳直径；
[0026]若光源单元点亮时采集到的图像为暗场图像，若存在p，(p＝1,2,3,4)，p为视场顶点编号，使得使得则光源单元需要移动。
[0027]在一个实施例中，当调整物面视场边长为X时，D为物面上的光瞳直径，根据样本与照明器件之间的间距最优值h
TOV
、采集到的图像包含n
×
n张明场图像时相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值L
TOV
，确定每个需要移动的光源单元的移动距离和移动方向，包括：
[0028]确定每个需要移动的光源单元的移动方向：当光源单元点亮时采集到的图像为明场图像，采用以下公式：
[0029][0030]其中，sgp(m)为编号为m的光源单元的移动方向，C(中心)为照明器件中心位置的光源单元点亮时物面视场中心点，C(m)为编号为m的光源单元点亮时物面视场中心点；
[0031]当光源单元点亮时采集到的图像为暗场图像，采用以下公式：
[0032][0033]根据每个需要移动的光源单元点亮时物面视场中心点的坐标，确定每个需要移动的光源单元点亮时物面视场的移动距离；
[0034]根据每个需要移动的光源单元点亮时物面视场的移动距离、样本与照明器件之间的间距最优值h
TOV
、采集到的图像包含n
×
n张明场图像时相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值L
TOV
，计算每个需要移动的光源单元的移动距离。
[0035]在一个实施例中，根据每个需要移动的光源单元点亮时物面视场中心点的坐标，确定每个需要移动的光源单元点亮时物面视场的移动距离，包括：
[0036]当光源单元点亮时采集到的图像为明场图像，C(m)的坐标为(x,y)，C(m)为编号为m的光源单元点亮时物面视场中心点，则：
[0037]若|x|＝|y|，x≠0,y≠0，N(m)为编号为m的光源单元点亮时物面视场的移动距离，C(中心)为照明器件中心位置的光源单元点亮时物面视场中心点，C
max
()为使得(p＝1,2,3,4)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种傅里叶叠层成像照明系统的优化方法，其特征在于，包括：确定傅里叶叠层成像照明系统采集到的图像不存在渐晕，以及采集到的图像包含多张明场图像的情况下，照明器件中相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值；根据所述相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值，调整照明器件中部分光源单元的位置或者部分光源单元与样本之间的距离，以消除渐晕。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：构建傅里叶叠层成像照明系统采集到的图像不存在渐晕，以及采集到的图像包含多张明场图像对应的约束条件，所述约束条件用以下公式表示：其中，X为物面视场边长，n为多张明场图像分布式排列时的行数或列数，n为奇数，D为物面上的光瞳直径，L为相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述照明器件中相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值，采用以下公式计算：其中，L
TOV
为采集到的图像包含n
×
n张明场图像时相邻光源单元点亮时，物面视场之间的中心距离最优值，D为物面上的光瞳直径。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值，调整照明器件中部分光源单元的位置，以消除渐晕，包括：确定样本与照明器件之间的间距最优值，采用以下公式计算；其中，h
TOV
为样本与照明器件之间的间距最优值，L
TOV
为采集到的图像包含n
×
n张明场图像时相邻光源单元点亮时，物面视场之间的中心距离最优值，NA为物镜数值孔径，为物面上的光瞳直径，d
LED
为照明器件中相邻光源单元之间的距离；调整样本与照明器件之间的间距达到所述样本与照明器件之间的间距最优值h
TOV
；确定所述照明器件中需要移动的光源单元；当调整物面视场边长为X时，根据所述样本与照明器件之间的间距最优值h
TOV
、所述采集到的图像包含n
×
n张明场图像时相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值L
TOV
，确定每个所述需要移动的光源单元的移动距离和移动方向；根据每个所述需要移动的光源单元的移动距离和移动方向调整每个所述需要移动的光源单元的位置。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述照明器件中需要移动的光源单元，包括：
针对每个光源单元，若所述光源单元点亮时采集到的图像为明场图像，若存在p，(p＝1,2,3,4)，p为视场顶点编号，使得则所述光源单元需要移动，其中，C(中心)为照明器件中心位置的光源单元点亮时物面视场中心点，C
p
(m)为编号为m的光源单元点亮时物面视场编号为p的顶点；D为物面上的光瞳直径；若所述光源单元点亮时采集到的图像为暗场图像，若存在p，(p＝1,2,3,4)，p为视场顶点编号，使得则所述光源单元需要移动。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其中，当调整物面视场边长为X时，D为物面上的光瞳直径，根据所述样本与照明器件之间的间距最优值h
TOV
、所述采集到的图像包含n
×
n张明场图像时相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值L
TOV
，确定每个所述需要移动的光源单元的移动距离和移动方向，包括：确定每个所述需要移动的光源单元的移动方向：当所述光源单元点亮时采集到的图像为明场图像，采用以下公式：其中，sgp(m)为编号为m的光源单元的移动方向，C(中心)为照明器件中心位置的光源单元点亮时物面视场中心点，C(m)为编号为m的光源单元点亮时物面视场中心点；当所述光源单元点亮时采集到的图像为暗场图像，采用以下公式：根据每个所述需要移动的光源单元点亮时物面视场中心点的坐标，确定每个所述需要移动的光源单元点亮时物面视场的移动距离；根据每个所述需要移动的光源单元点亮时物面视场的移动距离、所述样本与照明器件之间的间距最优值h
TOV
、所述采集到的图像包含n
×
n张明场图像时相邻光源单元点亮时物面视场之间的中心距离最优值L
TOV
，计算每个所述需要移动的光源单元的移动距离。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，其中，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘安，高宇婷，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：