[发明专利]一种透射式无透镜三维显微重构方法及系统

说明书

一种透射式无透镜三维显微重构方法及系统，涉及无透镜显微领域，其中，所述方法包括：获取不同采集位置所对应的图像样本并计算所述图像样本的样本振幅；对获取的所有图像样本进行图像对齐；基于图像对齐后的所有图像样本计算物平面预测光场；使用所有图像样本的样本振幅的计算结果将物平面预测光场迭代恢复至物平面实际光场。解决了如何通过无透镜系统对透明样本进行光场的三维重构的问题。

技术领域

本发明涉及无透镜显微领域，更具体地，涉及一种透射式无透镜三维显微重构方法及系统。

背景技术

在显微领域，传统的光学显微镜往往必须借助高倍率的镜片来获取更清晰的图像。而传统的光学显微镜在为了获得更清晰、大视场的图像，通常需要占用较多的图像处理资源或计算资源，进一步地使得光学显微镜的硬件要求较高。

现有技术更多是通过提高镜头倍率或者提高分辨率的方式来提高透镜的使用效率及重构结果，但这种图像获取方式对硬件的要求较高，同时其价格也相对高昂。在较多应用场景下，人们更倾向于选择在满足其使用需求的基础上，价格更为低廉的重构器械。

无透镜显微成像(Lensless Microscopic Imaging,LMI)技术是一种不需要光学透镜，直接将微观物体的投影记录到传感器上的技术。该技术由于具有便携，价格低廉，大视场等优点，在生物医疗等方面具有广泛的应用前景，是传统显微镜的简单和廉价替代品。

光场的空间分布由复函数表示，包含光强与相位信息。目前的光学成像器件如电荷耦合器件(Charge-coupled Device,CCD)或光电倍增管(Photo multiplier tube,PMT)等只能记录光场的光强信息，造成了其中相位信息的丢失。因此如何从易于测量的强度信息反算出相位信息，从而完成光场的完整重构成为光学领域的一个经典研究问题，进一步的，如何通过无透镜系统对透明样本进行光场的三维重构的是现有技术中所存在的一个问题。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种透射式无透镜三维显微重构方法及系统，解决了如何通过无透镜系统对透明样本进行光场的三维重构的问题。

一种透射式无透镜三维显微重构方法，所述方法包括：

获取不同采集位置所对应的图像样本并计算所述图像样本的样本振幅；

对获取的所有图像样本进行图像对齐；

基于图像对齐后的所有图像样本计算物平面预测光场；

使用所有图像样本的样本振幅的计算结果将物平面预测光场迭代恢复至物平面实际光场。

在无透镜显微领域，对图像样本的重构方式或者重构算法往往对于其最终重构出的结果而言是影响巨大的，本发明提出了一种区别于现有技术且精度更高的重构方法。

在本发明所述方法中，所述图像样本为数字图像，通过数字图像所述方法可以清晰且直观地在不同采集位置获取到重构对象的不同图像样本的振幅及相位。进一步的，通过所述图像样本的振幅及相位，可以通过衍射方程计算并得到所述图像样本衍射到物平面位置时的相位及样本，此时根据其所衍射的结果已经可以通过均值计算重构出重构对象对应的大视场物平面光场了，但若在此时进行重构，往往会导致最终结果出现光信息的不对应或是细节轮廓丢失的问题，进而使得所述结果不具备参考价值，因此若需进一步得到更好的图像，则需要对图像样本进行进一步地处理。

本发明所述方法基于更高的重构需求还设计了以下步骤，首先是基于图像样本衍射至物平面的光场信息进行图像对齐处理，通过图像对齐可以克服由于图像传感器的CMOS或CCD平面与样本平面不是完全平行的问题，并以此提升不同采集位置所对应的图像样本之间的关联性以及样本信息的可靠性。在执行初始化步骤之后，本发明所述方法使用迭代对重构对象的相位进行恢复，进而重构出重构对象的物面实际光场。