[发明专利]一种基于傅里叶叠层成像技术的显微镜错位校正方法

说明书

本发明中提出的一种基于傅里叶叠层成像技术的显微镜错位校正方法，其主要内容包括：全局偏移模型、高分辨率图像的重建和错位校正，其过程为，先初始化重建的高分辨率物体和光瞳函数，然后依次点亮所有的LED，分别生成低分辨率图像，并施加强度约束，接着更新物体函数和光瞳函数，重复以上步骤直到算法收敛，最后直接校正LED阵列的全局偏移直到搜索全局偏移的成本函数达到最小值。本发明解决了以往的傅里叶叠层成像位置修正方法会增加算法复杂度、计算机负载和计算时间的问题，能够快速有效地校正显微镜成像的错位，同时使用的算法简单实用。

技术领域

本发明涉及计算领域，尤其是涉及了一种基于傅里叶叠层成像技术的显微镜错位校正方法。

背景技术

傅立叶叠层成像显微镜(FPM)是一种新开发的计算成像技术，可以提供高分辨率(HR)和宽视场(FOV)的十亿像素的图像。傅里叶叠层成像技术可以应用于光学显微领域，获得高分辨率的显微图像，也可以用于生物医学领域，对病毒等微生物以及人体器官进行精确的研究治疗；在生命科学领域，利用傅里叶叠层成像技术可以更加方便地对微小的生物组织进行深入的科学研究。然而，以往的傅里叶叠层成像位置修正方法会增加算法复杂度、计算机负载和计算时间。

本发明中提出了一种基于傅里叶叠层成像技术的显微镜错位校正方法，先初始化重建的高分辨率物体和光瞳函数，然后依次点亮所有的LED，分别生成低分辨率图像，并施加强度约束，接着更新物体函数和光瞳函数，重复以上步骤直到算法收敛，最后直接校正LED阵列的全局偏移直到搜索全局偏移的成本函数达到最小值。本发明能够快速有效地校正显微镜成像的错位，同时使用的算法简单实用。

发明内容

针对以往的傅里叶叠层成像位置修正方法会增加算法复杂度、计算机负载和计算时间的问题，本发明的目的在于提供一种基于傅里叶叠层成像技术的显微镜错位校正方法，先初始化重建的高分辨率物体和光瞳函数，然后依次点亮所有的LED，分别生成低分辨率图像，并施加强度约束，接着更新物体函数和光瞳函数，重复以上步骤直到算法收敛，最后直接校正LED阵列的全局偏移直到搜索全局偏移的成本函数达到最小值。

为解决上述问题，本发明提供一种基于傅里叶叠层成像技术的显微镜错位校正方法，其主要内容包括：

(一)全局偏移模型；

(二)高分辨率图像的重建；

(三)错位校正。

其中，所述的全局偏移模型，是一个只具有两个因子的简化位置模型，x和y是确定每个发光二极管(LED)的位置的两个因子，(x_m,n,y_m,n)代表第m行第n列的LED的位置。

其中，所述的高分辨率图像的重建，一共分为六个步骤：

(1)初始化重建的高分辨率(HR)物体O_j(k_x,k_y)和光瞳函数P_j(k_x,k_y)；

(2)生成低分辨率(LR)图像；

(3)施加强度约束；

(4)更新物体和光瞳函数；

(5)对所有的LED重复步骤(2)到(4)；

(6)重复步骤(2)到(5)直到算法收敛。

进一步地，所述的生成低分辨率图像，是指用以下公式生成第m行第n列LED对应的低分辨率图像：

其中表示用第m行第n列LED照射获得的LR图像的傅里叶频谱。

进一步地，所述的施加强度约束，是用以下公式对捕获的图像施加强度约束：