[发明专利]微粒子偏光显微成像的三维重建方法和系统

权利要求书

1.一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法，其特征在于，包括步骤：

获取待处理图像；

构建平面直角坐标系，确定原点、横轴以及纵轴，其中，以所述待处理图像中任意微粒子的球心为所述原点；

采用最小二乘拟合方法处理所述待处理图像，得到所述待处理图像中所述微粒子上像素点的光强最大值和光强最小值；

通过所述像素点的光强最大值和光强最小值，得到所述像素点的偏振度；

通过所述偏振度得到所述像素点的法线天顶角和入射光方位角；

通过所述法线天顶角和所述入射光方位角，得到所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场，得到所述微粒子表面函数；

根据所述微粒子表面函数，根据正交投影约束和表面积最小化准则建立微粒子表面函数优化模型；

所述微粒子表面函数优化模型通过以下方法得到：

其中，z是微粒子表面函数，z₀是微粒子表面函数的真实值，λ,μ,ν和f是常数，dx为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度的微分，dy为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度的微分，I为所述像素点的光强，Ω是所述微粒子区域，R是实数集；

利用基于分裂布莱格曼的迭代函数优化方法迭代获得最优的微粒子表面函数；

对所述微粒子表面函数优化模型进行k次迭代；

当||z^k+1-z^k||≤ε时，迭代停止，z^k为所述最优的微 粒子表面函数；

其中，ε是常数。

2.根据权利要求1所述的微粒子偏光显微成像的三维重建方法，其特征在于，

获取所述待处理图像中所述微粒子上像素点的灰度值序列，采用最小二乘拟合方法拟合所述灰度值序列，得到所述像素点灰度变化的正弦曲线；

其中，所述光强最大值为所述正弦曲线的第一极值点，所述光强最小值为所述正弦曲线的第二极值点，所述第一极值点大于所述第二极值点。

3.根据权利要求1所述的微粒子偏光显微成像的三维重建方法，其特征在于，通过所述像素点的光强最大值和光强最小值，根据以下方法得到所述像素点的偏振度P：

其中，I_max为所述像素点的光强最大值，I_min为所述像素点的光强最小值。

4.根据权利要求3所述的微粒子偏光显微成像的三维重建方法，其特征在于，根据所述偏振度得到所述像素点的法线天顶角和入射光方位角；

根据所述偏振度通过以下方法得到所述像素点的法线天顶角：

其中，θ为所述像素点的法线天顶角，|n′|＝n²(1+K²)，n是微粒子的折射率，K是溶剂的衰变系数；

通过以下方法得到所述像素点的入射光方位角：

其中，φ为所述像素点的入射光方位角，为初始入射光方位角，且所述像素点的初始入射光方位角的正切值与的正切值相同。

5.根据权利要求4所述的微粒子偏光显微成像的三维重建方法，其特征在于，通过所述法线天顶角和所述入射光方位角，通过以下方法得到所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场；

z_x＝tanθcosφ，z_y＝tanθsinφ；

其中，z＝z(x,y)是所述微粒子表面函数，所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场包括所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度和所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度，且z_x为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度，z_y为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度。