[发明专利]一种结合相位梯度与直接线性变换的相位体三维重建法

权利要求书

1.一种结合相位梯度与直接线性变换的相位体三维重建法，其特征在于，包括以下步骤：

样本正交相位图像提取：通过显微镜成像系统获得样本正交相位图像；

样本待定点空间坐标求解：记录样本的正交相位图和其中，表示第一张相位图的总相移值，第二张相位图的总相移值；记录样本的正交相位图相位梯度曲线；判断正交相位图的跳变点即边界点，跳变点也是需要精确求解的正交相位图中待定点在平面内的投影点，确定样本正交相位图的边界信息；求解正交相位图图像l_i系数和像主点坐标(x₀,y₀)；根据正交相位图的l_i系数和像主点坐标(x₀,y₀)，求解待定点物方空间坐标(X_待，Y_待，Z_待)；

样本的正交相位图相位梯度曲线为：

x_1n表示第一张相位图沿着X方向的轴向梯度曲线，n表示根据已获取的第一张相位图的像素数即n×n将相位图划分为n条相位梯度曲线；x_2m表示第二张相位图沿着X方向的轴向梯度曲线，m表示根据已获取的第二张相位图的像素数即m×m将相位图划分为m条相位梯度曲线；

判断跳变点的步骤具体为：

根据式二判断每条相位梯度曲线上的跳变点，

P_1y(x,y)表示第一张相位图中坐标点(x,y)处沿Y方向的相位梯度值，P_1y(x,y-1)表示第一张相位图中(x,y)前一个点的相位梯度值，P_1y(x,y+1)表示第一张相位图中(x,y)后一个点的相位梯度值，在第一张相位图中坐标点(x,y)处的相位梯度值P_1y(x,y)比相邻两点的相位梯度值都大，是附近相位梯度的峰值，则称该点为第一张相位图的跳变点也就是样本的边界点，也就是需要精确求解的第一张相位图中待定点在平面内的投影点，通过第一张相位图跳变点确定样本第一张相位图的边界信息；

P_2y(x,y)表示第二张相位图中在坐标点(x,y)处沿Y方向的相位梯度值，P_2y(x,y-1)表示第二张相位图中(x,y)前一个点的相位梯度值，P_2y(x,y+1)表示第二张相位图中(x,y)后一个点的相位梯度值，在第二张相位图坐标点(x,y)处的相位梯度值P_2y(x,y)比相邻两点的相位梯度值都大，是附近相位梯度的峰值，则称该点为第二张相位图的跳变点也就是样本的边界点，也就是需要精确求解的第二张相位图中待定点在平面内的投影点，通过第二张相位图跳变点确定样本第二张相位图的边界信息；

求解正交相位图图像l_i系数和像主点坐标(x₀,y₀)具体为：

提取样品正交方向第一张相位图中至少6个控制点组成的11个方程式解算的11个l_i系数的近似值，利用l_i系数的近似值计算出像主点坐标(x₀,y₀)的初值，通过迭代计算，严格计算出第一张相位图的11个l_i系数和像主点坐标的精确值，第二张相位图重复以上步骤，直到所有相位图l_i系数和像主点坐标(x₀,y₀)计算完毕，

由式三和四对正交相位图l_i系数和图像主点坐标(x₀,y₀)进行近似值解算，其中i＝1到11，

其中，(x_控，y_控)表示控制点在正交相位图中的平面坐标，(X_控,Y_控，Z_控)表示控制点的空间坐标；

由式五对l_i系数和像主点坐标(x₀,y₀)进行精确解算，其中，i＝1到12，

其中，v_x控和v_y控均表示控制点的投影点坐标仪坐标观测值改正值；

求解待定点物方空间坐标具体为：

根据两张相位图的l_i系数和像主点坐标(x₀,y₀)解算所有待定点物方坐标近似值，通过迭代计算，解算所有待定点物方坐标的精确值，

由式六和七解算待定点物方空间坐标近似值：

其中，和均为待定点的投影点坐标仪坐标系统误差改正值，(X_待，Y_待，Z_待)为待定点物方空间坐标，

由式八解算待定点物方空间坐标(X_待，Y_待，Z_待)的精确值，

其中，和表示待定点的投影点坐标仪坐标观测值改正值；

样本正交方向形貌重建：

从第一张相位图中选取对应的任意两边界点A和B，计算A和B空间坐标之间的差值即空间坐标(X_A，Y_A，Z_A)与空间坐标(X_B，Y_B，Z_B)的差值，则可得到样品在这两点连线方向上的厚度h_AB，两边界点A和B在第二张相位图中的相移值和等于第二张相位图的总相移值通过式九反演得到样本的平均折射率n_c与样本所处环境液的折射率n_m之差，

运用式十得到整个样本在第一张相位图照射方向的物理厚度h₁，从而获得整个样本在第一张相位图照射方向的三维形貌，

运用式十一得到整个样本在第二张相位图照射方向的物理厚度h₂，从而获得整个样本在第二张相位图照射方向的三维形貌，