[发明专利]一种基于相位迭代最小化的傅里叶叠层成像图像重建方法

说明书

本发明属于傅里叶叠层成像技术领域，具体涉及一种基于相位迭代最小化的傅里叶叠层成像图像重建方法。包括以下步骤：S1，生成一系列低分辨率子图像对应的幅度子图像；S2，获取重建算法参数，包括每幅低分辨率幅度子图像生成的频谱在高分辨率重建频谱中的位置，瞳孔函数等，建立低分辨率幅度子图像和高分辨率重建图像之间的联系；S3，将相位恢复作为优化目标之一，生成图像重建目标优化的目标函数，并通过迭代最小化进行求解，获得高分辨率重建图像频谱；S4，对高分辨率重建图像频谱进行傅里叶反变换，将结果的模作为高分辨率重建后的图像。本发明通过相同数目的低分辨率子图像进行高分辨率图像重建，具有更好的重建强度图像质量。

技术领域

本发明属于傅里叶叠层成像技术领域，具体涉及一种基于相位迭代最小化的傅里叶叠层成像图像重建方法。

背景技术

自第一台显微镜诞生到现在，光学显微成像技术发展迅速，同时人们对图像质量的要求也越来越高。人们既希望获得高分辨的图像，又希望获得大视场，然而在普通光学成像设备中，视场和放大倍数是无法兼具的。大的视场必然导致放大倍数不足，虽然能够观察物体较大的形貌，但无法看清物体更细微的部分；反之，高放大倍数必然导致视场过小，不利于观察物体的形貌。从理论上讲，增大数值孔径可以提高显微镜的分辨率，但实际的效果并不是特别明显，主要有如下方法：第一种方法是增大工作介质的折射率，一般通过注入高折射率的液体来实现，但所存在的问题在于，液体中会混入杂质、液体溢出还有热胀冷缩等，而且所提高的数值孔径也相当有限。另一种方法是使用屈光度更大的透镜来组成物镜，这种方法因物镜焦距变短会使得操作距离有限，不是很方便。其他还有通过增大物镜孔径的方式来提高数值孔径，需要对物镜进行设计还有矫正畸变，过程十分复杂。

傅里叶叠层成像技术(Fourier ptychographic microscopy，简称FPM)的提出开拓了成像设备的新格局，其意义在于：高分辨率、大视场及定量相位成像。最初的实验设备是一个方形的LED阵列作为光源，依次点亮每个位置的LED单元进行成像获得一系列低分辨率的子图像，再将全部子图像通过图像重建方法生成高分辨率的图像。由于每次只点亮一个LED单元，在采集子图像的过程中耗时较长，而且采集的子图像数据量也过于庞大，重建过程相对缓慢。另外，傅里叶叠层成像中存在许多未知系统误差，例如LED单元照明亮度不一致、物镜的像差等，这些误差会影响傅里叶叠层成像重建图像的质量。因此，为了进一步提高其成像性能，国内外研究学者提出了一系列改进方法，可分为两类：第一类改进方法主要为了减少系统成像时间，例如，Lei等(Multiplexed coded illumination for FourierPtychography with an LED array microscope)提出使用复合编码的方法，同时点亮多个LED单元成像。第二类改进方法研究新的傅里叶叠层成像图像重建方法，从而提高重构精度和重构分辨率。例如，Bian等提出了一种基于Wirtinger Flow的傅里叶叠层成像图像重建方法，从而使得在FPM中通过低信噪比子图像重建高分辨率图像成为可能。

本发明将相位恢复作为傅里叶叠层成像图像重建优化的目标函数，从而提出一种基于相位迭代最小化的傅里叶叠层成像图像重建方法。

发明内容

本发明提出一种基于相位迭代最小化的傅里叶叠层成像图像重建方法，属于傅里叶叠层成像方法，解决在傅里叶叠层成像中如何通过所获取的一系列低分辨率子图像有效重建高分辨率图像的问题，可以应用于各种傅里叶叠层成像系统中。

本发明的一种基于相位迭代最小化的傅里叶叠层成像图像重建方法，具体包括如下步骤：

步骤S1，生成一系列低分辨率子图像对应的幅度子图像；

步骤S2，获取重建算法参数，包括每幅低分辨率幅度子图像生成的频谱在高分辨率重建频谱中的位置和瞳孔函数，建立低分辨率幅度子图像频谱和高分辨率重建图像频谱之间的联系；