[发明专利]基于FPM的光场显微方法

说明书

技术领域

本发明属于显微成像、计算机视觉、计算机图形学领域，尤其是立体图形学领域，特别涉及利用FPM算法捕获重建显微光场的技术。

技术背景

Fourier ptychographic microscopy(FPM)是一种基于显微镜平台的图像超分辨率重建的方法，可以有效克服空间带宽积(space bandwidth product)受限的矛盾问题。常见的光学成像平台都会受到空间带宽积的限制，即如果我们观察的视野范围比较广，那么观测物体的放大倍数就会偏小；反之，如果我们观测物体的放大倍数比较大，那么视野的范围就会缩小。而FPM算法很好地解决了这一问题，让我们能够获取广视野、高分辨率的图像，由此，突破了光学成像系统的物理极限。

随着光学和计算摄像学的发展，人们已经不能满足只记录图像的强度信息，因此，基于全光函数的思想，人们设计出可以捕获包含入射光强度和角度信息的光场相机。基于这种光场相机，人们设计了光场显微镜用以捕获显微镜下的光场信息。光场显微镜的出现为物体的三维结构重建提供了新的思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FPM的光场显微方法。

本发明基于FPM的光场显微方法包括以下步骤：

搭建基于FPM的光场显微平台；

用基于FPM的光场显微平台采集高分辨率广视野的图像；

对得到的高分辨率广视野图像进行视角分离；

利用视角分离的结果重聚焦获得想要得到的结果。

本发明使用基于FPM算法的光场显微镜来采集光场信息，提高了光场显微镜中每一个微透镜成像的分辨率，提高了角度分辨率，从而丰富了采集到的光场信息，使得物体能重建更好的三维结构。其算法鲁棒性强，基本自动化运行，需要很少的人工干预。

附图说明

图1为一些实施例基于FPM的光场显微方法的流程图；

图2为其光场显微镜的示意图；

图3为其光场显微镜的光路图；

图4为光场显微镜的工作流程图；

图5为其基于FPM图像超分辨率重建模块的结构图；

图6为其可编程LED阵列的示意图；

图7为FPM算法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一些实施例基于FPM的光场显微方法包括以下步骤：

S1、搭建基于FPM的光场显微平台。这里所搭建的基于FPM的光场显微平台主要包含了两个模块：一个是光场信息采集模块，另一个是基于FPM的图像超分辨率重建模块。

光场信息采集模块也就是光场显微镜。光场显微镜的结构如图2所示，光路如图3所示，工作过程如图4所示。相比于普通的显微镜，光场显微镜在原来目镜的位置放置了一个微透镜阵列。

如图5所示，基于FPM的图像超分辨率重建模块包括显微镜和可编程LED阵列，可编程LED阵列作为显微镜的光源。这里的显微镜和上述的光场显微镜为同一个显微镜。如图6所示，较佳实施例中，LED阵列的规模为32X32，相邻两个LED之间的距离为4mm。LED阵列与载物台之间的距离一般选择7～8cm。

参照图1，搭建基于FPM的光场显微平台包括：选择合适的物镜，选择合适的微透镜阵列，校准光路，以及固定LED阵列。选择物镜、校准光路以及固定LED阵列为常规技术手段，这里不再赘述。微透镜阵列的选择如下：

每个微透镜的曲率为

N=M2NA]]>

M表示物镜的放大倍数，NA为物镜的数值孔径；

每个微透镜所成像的分辨率为

Nu*Nv=W*HRobj]]>