[发明专利]基于交替方向乘子法的傅里叶叠层成像重建方法

说明书

本发明公开了一种基于交替方向乘子法(ADMM)的傅里叶叠层成像技术。傅里叶叠层成像技术(FPM)在本质上可以归结为一个非凸的最优化问题，在有噪声干扰的背景下往往无法实现高质量的图像重构，给进一步提升成像通量带来了挑战。本方法将最优化算法ADMM引入到FPM技术当中，经过适当的变形并设置合适的参数使其与FPM的系统模型相契合，最终实现稳定收敛以及鲁棒的图像重构，为ADMM算法向其他领域的迁移应用提供了范例。该方法相较于现有的FPM重建算法，具有更为优异的抗噪声性能，尤其适用于低成本低性能光学成像器件的应用场景。此外，该方法具有良好的兼容性与可拓展性，有望实现FPM对特殊生物样品更高效率的高分辨率图像重建。

技术领域

本发明属于光学信息获取与处理技术领域，具体而言，涉及提高傅里叶叠层成像技术在噪声背景下图像重构质量的交替方向乘子算法，其可用于弥补低成本低性能的光学成像器件在成像质量上的缺陷，同时该方法的兼容性也使特殊生物样品的高分辨率成像成为可能。

背景技术

傅里叶叠层成像技术英文准确名称为Fourier ptychographic microscopy，简称FPM技术，由美国加州理工学院Yang等人发明于2013年，报道于[Zheng G,Horstmeyer R,Yang C.Wide-field,high-resolution Fourier ptychographic microscopy[J].NaturePhotonics,2013,7(9):739-745.]，中文翻译存在多种名称如傅立叶重叠关联成像、傅里叶叠层显微成像技术、傅里叶叠层成像术、傅里叶叠层技术等，本文统一采用傅里叶叠层成像技术这一专业术语。FPM技术是一种极具前景的新一代计算光学成像技术，它将原先的阿贝远场衍射极限公式λ/2NA改进为λ/(NA_illu+NA_obj)，其中NA_illu和NA_obj分别代表了照明和物镜数值孔径(Numerical aperture,NA)，并被写入Goodman教授的《傅里叶光学导论》(第四版)中。与传统的明场显微术相比，FPM技术融合了光学的相位恢复技术与微波的合成孔径技术，能够以低NA物镜实现大视场的同时实现高分辨率和定量相位成像，从而能够实现较高的成像通量。