[发明专利]一种非球形微粒轴向位置的高精度定位方法

权利要求书

1.一种非球形微粒轴向位置的高精度定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对样品记录全息图像序列，得到原始全息图像，在样品空白区记录背景图，或对原始全息图像进行光强平均，得到背景图，所述样品为微粒；

S2、通过背景图，对原始全息图像进行背景扣除，消除背景噪声，得到扣除背景的全息图像；

S3、对扣除背景的全息图像进行数值重建，得到微粒三维重构强度分布的信息；

S4、对微粒三维重构强度分布的信息，通过阈值过滤和寻找光强局部最大值，获取多个微粒初始的三维位置；

S5、根据微粒的初始横向坐标，选取以该坐标为中心在不同高度对应剖面上特定的矩形区域，叠加矩形区域内所有像素点的光强，得到不同高度上微粒的光强总强度，进而获得光强总强度在轴向上的分布曲线；

S6、采用高斯分布对光强总强度在轴向上的分布曲线进行拟合，得到中心峰坐标，即为微粒轴向坐标。

2.根据权利要求1所述的一种非球形微粒轴向位置的高精度定位方法，其特征在于，所述微粒为非球形微粒。

3.根据权利要求1所述的一种非球形微粒轴向位置的高精度定位方法，其特征在于，步骤S1中，所述平均光强，具体过程为：对全息图像序列进行光强平均，得到背景图，计算如下：

式中，I_b(x,y)为背景图中(x,y)位置处像素的灰度值，N为全息图像的总帧数，t为时间，I_t(x,y)为t时刻原始全息图像中(x,y)位置处像素的灰度值。

4.根据权利要求1所述的一种非球形微粒轴向位置的高精度定位方法，其特征在于，所述步骤S2，具体过程为：扣除背景后的全息图像中各像素点的光强值：

I_s(x,y)＝I_t(x,y)-I_b(x,y)。

5.根据权利要求1所述的一种非球形微粒轴向位置的高精度定位方法，其特征在于，所述步骤S3，具体过程为：对扣除背景的全息图像进行数值重建，得到微粒三维重构强度分布的信息，计算如下：

U(r,z)＝FT^-1(FT(I_s(r,0)·H(q,-z)))，

其中，h(r,-z)为传播算子，r为微粒的初始横向坐标，z为微粒的初始轴向坐标；i为虚数单位；k为波数；R为光传播距离；I_s为样品的光强；FT^-1为傅里叶逆变换；FT为傅里叶变换；H(q,-z)为h(r,-z)的傅里叶变换；

重建轴向区间的取值大于仪器在轴向的成像范围，步进为像素的大小除以物镜放大倍数。

6.根据权利要求1所述的一种非球形微粒轴向位置的高精度定位方法，其特征在于，所述步骤S4，具体过程为：设置一个光强阈值，过滤冲重构光场内的噪声，然后在边长接近微粒尺寸的整数值的立方体内逐点寻找局部光强最大值。

7.根据权利要求6所述的一种非球形微粒轴向位置的高精度定位方法，其特征在于，所述光强阈值小于10％。

8.根据权利要求1所述的一种非球形微粒轴向位置的高精度定位方法，其特征在于，步骤S5中，所述矩形区域为：以微粒的横向坐标为中心，边长取像素尺寸的整数值。

9.根据权利要求1所述的一种非球形微粒轴向位置的高精度定位方法，其特征在于，所述步骤S6，拟合具体过程为，通过拟合公式进行：

I_int＝aexp(-(z-z_c)²/b)，

其中，I_int为矩形区域内光强总和；a为峰高，b为峰宽，z_c为中心峰坐标。