[发明专利]视觉辅助的傅里叶叠层成像位置标定方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于显微成像技术领域，尤其涉及一种视觉辅助的傅里叶叠层成像位置标定方法及装置。

背景技术

显微镜自发明之日起，为人类观察更小的物体提供了可能。在使用显微镜观察样本时，通常都是在低倍物镜下找到样本所在的位置，进而旋转转换器，使用较高倍数的物镜来观察样本的清晰细节。当将低倍镜转换成高倍镜后，带来的直接变化就是观察者所能够观察的视场变小。为了解决视场大小和分辨率之间的矛盾关系，常用的方法就是借用精密电动平台实现大范围扫描并结合图像处理方法来实现，但是这种方法需要十分精密的扫描且操作过程非常复杂。如何同时得到大视场和高分辨率的图像一直困扰着许多从事显微研究的科研工作者。在这方面的突破性进展应当属于有人首次提出的傅里叶叠层成像技术并成功实现了大视场和超分辨成像。

典型的傅里叶叠层成像系统是在普通显微镜装置的基础上实现的，用一个可编程的LED阵列取代显微镜自身的照明光源，通过控制LED阵列上每一个LED的亮暗来实现对样本的不同方向照明。通常情况下，每一个位置处的LED照射样本得到的图像是受物镜数值孔径限制的成像结果，其图像存在着样本的高频信息丢失，我们称之为低分辨率图像。傅里叶叠层成像技术就是通过依次点亮照明阵列上每一个LED来得到很多张包含样本不同角度信息的低分辨率图像，然后在图像的傅里叶域中采用合成孔径以及相位恢复的方法来恢复样本的高分辨率信息。最终重建的高分辨率图像的分辨率大小取决于物镜数值孔径和照明数值孔径之和，所以从这个角度出发，傅里叶叠层成像技术能够打破传统显微镜物镜数值孔径的限制，最终实现大视场和高分辨率成像。

傅里叶叠层成像技术的实现是通过在待恢复的高分辨率频谱中找到每一个不同位置LED对应的空间频率，以物镜的数值孔径为半径在高分辨率频谱中取相应位置下的子频谱孔径，用对应LED位置下采集的低分辨率图像做振幅替换，实现相位恢复。

但在传统的傅里叶叠层成像中，最终恢复高分辨图像的质量很大程度受到空间LED阵列定位误差的影响，具体表现为在传统傅里叶叠层中每一个LED对应的空间频率是通过选定一个中心LED与显微系统中心对准后，其它位置的空间频率以此为基准计算出来的。所以一旦中心LED与显微系统中心存在位置偏差，就会导致整个照明区域的LED空间位置都存在偏差，这样对应在待恢复的高分辨率频谱中的每一个子孔径频谱的中心位置也就不准确，其相位恢复也很难得到一个准确的结果。因此，为了得到恢复质量较好的结果，就必须解决傅里叶叠层中LED阵列的空间位置偏差问题。

发明内容

本发明提供一种视觉辅助的傅里叶叠层成像位置标定方法及装置，旨在解决传统傅里叶叠层成像光路中LED阵列与显微系统中心难以精确调节对准，待恢复高分辨率图像质量下降的问题。

本发明提供了一种视觉辅助的傅里叶叠层成像位置标定方法，所述傅里叶叠层成像位置标定方法运用于傅里叶叠层成像位置标定系统，所述标定系统包括：傅里叶叠层成像装置和视觉辅助双目相机，所述傅里叶叠层成像装置包括显微图像采集相机、显微镜、载物台、贴有圆形标志点的分辨率板和LED阵列，所述分辨率板置于所述载物台上，所述显微图像采集相机位于所述载物台正上方，所述LED阵列位于所述载物台正下方，并与所述载物台所在平面平行，所述视觉辅助双目相机包括：视觉辅助左相机和视觉辅助右相机，所述视觉辅助左相机、视觉辅助右相机位于所述傅里叶叠层成像装置的正前方，所述方法包括：

步骤S1，利用所述显微图像采集相机采集所述贴有圆形标志点的分辨率板的图像，并结合圆形标志点提取算法提取所述分辨率板的图像中圆形标志点的圆心的图像像素坐标；

步骤S2，利用所述显微图像采集相机采集图像，得到所述图像的显微视场中心点的图像像素坐标，利用三坐标仪测出所述贴有圆形标志点的分辨率板上每一级每一组元素的实际物理尺寸坐标，通过建立图像坐标系与实际物理尺寸坐标系之间的关系，计算出所述显微视场中心点和所述圆形标志点的圆心的实际物理尺寸坐标；

步骤S3，利用所述视觉辅助双目相机采集未置于所述分辨率板下的所述LED阵列点亮时的图像，从而得到所述LED阵列中的每一个LED在所述视觉辅助双目相机中的图像坐标，由每一个LED的图像坐标以及预先标定的所述视觉辅助双目相机的标定参数计算出所述LED阵列的每一个LED的第一空间三维坐标；