【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及扫描相干衍射成像，特别涉及一种基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法及系统。
技术介绍
1、扫描相干衍射成像(scanning coherent diffraction，scdi或ptychography)是一种鲁棒的高精度成像方法，已经在不同光波段实现了物体成像。然而，成像过程中的微振动等因素会导致叠层衍射成像技术ptychography的探针发生偏移，破坏几何关系，严重影响成像物体的重建质量。在迭代重建框架内(例如extended ptychographical iterativeengine,epie)，基于序列互相关的探针位置校正方法利用同一探针照明区域内物体重建分布向真实位置移动的趋势，实现了探针位置的迭代更新。然而，在序列互相关的自动校正算法中，人为设定的阈值依赖经验，并且不同纹理物体和位置偏差程度可能影响阈值设定。因此，亟需一种探针位置自校正方法来满足扫描相干衍射成像的重建质量。
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供一种基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法及系统，解决现有序列互相关自动校正算法中认为设定阈值的局限性，将迭代重建与深度学习中网络权重调整的概念结合，利用自适应梯度(adaptive gradient,adagrad)的梯度更新函数实现扫描相干衍射成像中探针位置自校正，提高校正精度和物体成像重建质量。
2、按照本专利技术所提供的设计方案，一方面，提供一种基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置
3、依据探针位置出射波及出射波经传播后形成的衍射场更新光斑照明区域内重建物体分布；
4、基于更新前后光斑照明区域内重建物体分布获取物体平移偏差，并利用梯度更新函数对物体平移偏差进行调整，得到探针位置校正步长，以利用校正步长更新探针位置，所述梯度更新函数采用自适应梯度算法中的梯度更新函数。
5、作为本专利技术基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，进一步地，依据探针位置出射波及出射波经传播后形成的衍射场更新光斑照明区域内重建物体分布，包含：
6、采集探针照射物体形成的衍射图像；
7、利用衍射图像替换探针位置出射波经传播后形成的衍射场，并将替换后的衍射场进行反传播，得到更新出射波；
8、依据出射波和更新出射波对光斑照明区域内重建物体分布进行更新。
9、作为本专利技术基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，进一步地，探针位置出射波表示为：其中，m为物体重建迭代轮次，j为探针位置，om(r)为第m轮迭代时物体的分布、pm(r,sj)为第m轮迭代时探针的分布、r为物平面坐标、sj为第j个探针位置。
10、作为本专利技术基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，进一步地，利用衍射图像替换衍射场的过程表示为：其中，u为衍射平面坐标，ij(u)为第j个探针位置处接收的衍射图样。
11、作为本专利技术基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，进一步地，更新光斑照明区域内重建物体分布的过程表示为：其中，m为物体重建迭代轮次，j为探针位置，为光斑照明区域内的重建物体分布，α1为超参数，为更新出射波，为探针位置出射波，为探针分布的共轭函数、pm为探针分布。
12、作为本专利技术基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，进一步地，物体平移偏差的获取过程表示为其中，ex、ey分别为水平方向平移参数和垂直方向平移参数。
13、作为本专利技术基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，进一步地，利用梯度更新函数对物体平移偏差进行调整的过程表示为：其中，α、ε分别为梯度更新系数，为第m轮次物体重建过程中探针位置j的物体平移偏差，为第m轮次物体重建过程中探针位置j的校正步长。
14、再一方面，本专利技术还提供一种基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正系统，包含：物体重建分布更新模块和探针位置自适应校正模块，其中，
15、物体重建分布更新模块，用于依据探针位置出射波及出射波经传播后形成的衍射场更新光斑照明区域内重建物体分布；
16、探针位置自适应校正模块，用于基于更新前后光斑照明区域内重建物体分布获取物体平移偏差，并利用梯度更新函数对物体平移偏差进行调整，得到探针位置校正步长，以利用校正步长更新探针位置，所述梯度更新函数采用自适应梯度算法中的梯度更新函数。
17、本专利技术的有益效果：
18、本专利技术结合深度学习中网络权重调整的概念，通过梯度优化算法动态地、自适应地调整探针的平移参数，当重建包含位置偏差的衍射数据时，重建物体的分布存在向真实位置移动的趋势，该趋势能够实现探针位置校正，在扩展重叠关联迭代(extendedptychographical iterative engine,epie)重建框架内，利用单步离散傅里叶变换(discrete fourier transform,dft)配准算法评估探针照明区域内物体分布的移动趋势；将单步dft计算得到的移动趋势放大，使用自适应梯度(adaptive gradient,adagrad)的梯度更新函数自动更新探针位置，当在epie迭代内完成所有位置更新后，即实现探针位置的自动校正，创新地将探针位置移动趋势与自适应梯度更新函数结合，使得探针位置校正不受物体纹理和位置偏差的影响，实现探针位置的自动校正，使得校正后的探针位置精度较高，能够实现物体结构的清晰重建。
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1.一种基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，其特征在于，包含：依据探针位置出射波及出射波经传播后形成的衍射场更新光斑照明区域内重建物体分布；
2.根据权利要求1所述的基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，其特征在于，依据探针位置出射波及出射波经传播后形成的衍射场更新光斑照明区域内重建物体分布，包含：
3.根据权利要求2所述的基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，其特征在于，探针位置出射波表示为：其中，m为物体重建迭代轮次，j为探针位置，Om(r)为第m轮迭代时物体的分布、Pm(r,sj)为第m轮迭代时探针的分布，r为物平面坐标，sj为第j个探针位置。
4.根据权利要求3所述的基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，其特征在于，利用衍射图像替换衍射场的过程表示为：其中，u为衍射平面坐标，Ij(u)为第j个探针位置处接收的衍射图样。
5.根据权利要求2所述的基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，其特征在于，更新光斑照明区域内重建物体分布的过程表示为
6.根据权利要求5述的基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，其特征在于，物体平移偏差的获取过程表示为其中，ex、ey分别为水平方向平移参数和垂直方向平移参数。
7.根据权利要求1述的基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，其特征在于，利用梯度更新函数对物体平移偏差进行调整的过程表示为：其中，α、ε分别为梯度更新系数，为第m轮次物体重建过程中探针位置j的物体平移偏差，为第m轮次物体重建过程中探针位置j的校正步长。
8.一种基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正系统，其特征在于，包含：物体重建分布更新模块和探针位置自适应校正模块，其中，
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当计算机程序被执行时，能够实现如权利要求1～7任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，其特征在于，包含：依据探针位置出射波及出射波经传播后形成的衍射场更新光斑照明区域内重建物体分布；
2.根据权利要求1所述的基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，其特征在于，依据探针位置出射波及出射波经传播后形成的衍射场更新光斑照明区域内重建物体分布，包含：
3.根据权利要求2所述的基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，其特征在于，探针位置出射波表示为：其中，m为物体重建迭代轮次，j为探针位置，om(r)为第m轮迭代时物体的分布、pm(r,sj)为第m轮迭代时探针的分布，r为物平面坐标，sj为第j个探针位置。
4.根据权利要求3所述的基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，其特征在于，利用衍射图像替换衍射场的过程表示为：其中，u为衍射平面坐标，ij(u)为第j个探针位置处接收的衍射图样。
5.根据权利要求2所述的基于自适应梯度更新的扫描相干衍射成像探针位置自校正方法，其特征在于，更新光斑照明区域内重建物体分布的过程表示为...
【专利技术属性】
技术研发人员：席晓琦，刘梦楠，韩玉，闫镔，李磊，张礼阳，钟琦，王春晖，朱林林，
申请(专利权)人：中国人民解放军网络空间部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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