[发明专利]一种自适应降噪的傅里叶衍射扫描显微镜成像方法

说明书

本发明公开了一种自适应降噪的傅里叶衍射扫描显微镜成像方法，具体为：针对傅里叶衍射扫描显微镜，采用DPC的方法得到相位初始值；采用傅里叶衍射扫描显微镜中的低倍镜和LED阵列采集获得不同入射角度下的图像，在频域中，不同入射角度下的图像对应不同的频域孔径；以垂直入射角度所对应的图像的频域图为初始频域图，其相位值替换为相位初始值，执行迭代；迭代过程中，在空域，保持相位不变，强度替换为该频域孔径所对应的入射角度下的图像的强度，再变换回频域；依步长取下一次迭代输入的频域图，重复迭代直至所有入射角度的图像的频域图完成迭代；步长为自适应步长；再次重复迭代，直到重建的复振幅图像收敛，最终获得结果图像。

技术领域

本发明涉及本发明涉及计算显微成像领域，具体涉及一种自适应降噪的傅里叶衍射扫描显微镜成像方法。

背景技术

近年来，光学显微镜在生物、化学和医疗领域一直有着广泛的应用，随着显微镜和相关技术的发展，许多领域对宽视场、高分辨率、大景深、长工作距离的光学显微镜提出了需求。传统的显微镜系统的性能主要取决于显微物镜的NA(数值孔径)，较低NA值的物镜具有较大的视场和工作距离，适合观察样本的整体情况，但由于此时的截止频率为，所以无法看清细节信息；而高NA值的物镜具有较高的分辨率，可以看清细节，但工作距离短，操作不便，且视场范围小。所以基于实现大视场、高分辨率显微成像的迫切需求，目前已有机械扫描拼合，或是合成孔径成像等方法，但是，这些方法往往要求有精密的机械扫描装置或是相位检测，成本较高、难以大规模应用。

康涅狄格大学的KaikaiGuo等人提出了一种低成本的大视场显微成像系统，通过使用低成本的步进电机驱动载物台移动，并在每次移动后成像，最终将所有小视场图像拼合在一起成为一幅超大视场的图像。该方法的缺点在于需要步进电机的移动并且采集的数据量巨大。

加州理工学院的Guoan Zheng和Changhuei Yang等人提出了一种新的成像方法，称为傅里叶衍射扫描(Fourier Ptychography)，通过多次成像增大系统的等效孔径，得到突破衍射极限的空间分辨率，但该算法仍存在许多问题，例如重建高分辨率图像需要的数据较多，重建过程缓慢，由于LED斜入射的影响，暗场成像过程中的噪声不可避免，并且严重影响显微成像的图像质量。后来，清华大学的Liheng Bian等人提出了一种根据图像内容在频域中自适应的选取最有效区域来进行图像重建的方法，可以缩短重建时间。但有效区域选择的过程中，就已经丢掉了很多细节信息，恢复出的相位和强度的分辨率也会下降。

由此可见，现有的计算显微成像方法中存在的重建速度慢、噪声干扰大、最终成像分辨率较低等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自适应降噪的傅里叶衍射扫描显微镜成像方法，能够自适应滤除图像重建过程中的噪声，校正每一个LED的位置偏差，进行高分辨率的显微镜成像，且提高了图像重建速度。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

S1、针对傅里叶衍射扫描显微镜，采用自适应相位对比DPC的方法，计算得到相位初始值。

S2、采用傅里叶衍射扫描显微镜中的低倍镜和LED阵列采集获得不同入射角度下的图像，在傅里叶成像频谱面上，所述不同入射角度下的图像对应不同的频域孔径，通过合成所有频域孔径对应的频域图，在空域中组成复振幅图像。

S3、以垂直入射角度所对应的图像的频域图为初始频域图，初始频域图的相位值替换为相位初始值、强度不变，垂直入射角度所对应的频域孔径为初始频域孔径。

以初始频域图作为迭代输入的频域图，执行S4。

S4、将迭代输入的频域图逆傅里叶变换到空域，在空域，初始频域图的频域孔径内，保持相位不变，强度替换为该频域孔径所对应的入射角度下的图像的强度，之后再傅里叶变换回频域，至此得到迭代结果频域图，完成一次对迭代输入的频域图的频域和空域的交替迭代。