[发明专利]一种基于FPM平台的三维样本的图像重构方法

权利要求书

1.一种基于FPM平台的三维样本的图像重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1：利用FPM平台分别采集所述三维样本由光源阵列中各个光源入射光条件对应的图像实际值g_n(x,y)；

A2：结合光束传播法获得通过所述FPM平台采集的所述三维样本的图像估计值建立由图像实际值g_n(x,y)与图像估计值之间的差别构成的损失函数；

A3：根据所述损失函数求得所述三维样本的各层更新梯度；

A4：根据各层更新梯度对所述三维样本进行迭代更新，得到最终的三维样本图像；

其中，步骤A2中结合光束传播法获得所述FPM平台采集的所述三维样本的图像估计值具体包括：

A21：将所述光源阵列中各个光源分别设定为：N为所述光源阵列中的光源数量，并将三维样本x(r)分成S层厚度相同的子样本{x_k(r)},k＝1,…,S；

其中，所述光源阵列中不同位置的各个光源照射条件下入射光在空间角度上的变化偏移量为：

其中，τ表示光源发射光的波长，(x_c,y_c)表示中心光源在所述光源阵列中的位置坐标，(x_n,y_n)表示包括中心光源在内的某个光源在所述光源阵列中的位置坐标，h表示所述光源阵列与所述三维样本之间的距离；

A22：根据光束传播法计算三维样本的第k层子样本的出射光f_k(r)：

f_k(r)＝F^-1{F[f_k-1(r)*x_k-1(r)]*J₁(u)} (2)

其中，f₀(r)＝c_n(r)，J₁(u)为相位校正因子，r和u分别对应着空间坐标系(x，y)在实域和频域的表示，F和F^-1分别表示傅里叶和反傅里叶变换；

根据公式(2)求得所述三维样本中的最后一层子样本的出射光f_S(r)；

A23：计算所述FPM平台采集的所述三维样本的图像估计值为：

其中P(u)为瞳孔函数，H₂(u)为出射光f_S(r)的失焦补偿；

步骤A2中建立由采集实际值g_n(x,y)与图像估计值之间差别构成的损失函数为：

其中，x(r)为三维样本 ，N为所述光源阵列中的光源数量，TV()表示总变分约束，β为常量。

2.根据权利要求1所述的三维样本的图像重构方法，其特征在于，步骤A2中结合光束传播法获得所述FPM平台采集的所述三维样本的图像估计值具体包括：所述FPM平台的光源矩阵中的各个光源发出的光入射到所述三维样本，将三维样本设定为多层子样本，通过光束传播法利用光在实域和频域的交替变换及相位校正因子的添加来描述光在子样本层间传播的衍射和散射效应，求得所述三维样本的出射光，利用瞳孔函数和失焦补偿因子来模拟出射光在所述FPM平台中的成像过程，获得所述三维样本的图像估计值。

3.根据权利要求1所述的三维样本的图像重构方法，其特征在于，其中步骤A23中的瞳孔函数P(u)通过所述FPM平台中的物镜的合成孔径radius来确定，其中合成孔径radius为：

其中，NA表示所述FPM平台中光学显微镜的数值孔径，τ表示光源发射光的波长。

4.根据权利要求1所述的三维样本的图像重构方法，其特征在于，步骤A3具体包括：根据所述损失函数，利用时间反转求得所述三维样本的各层更新梯度。

5.根据权利要求4所述的三维样本的图像重构方法，其特征在于，步骤A3具体包括：求得损失函数关于所述三维样本的偏导，将光束传播法中的层间传递公式带入到偏导项中求得所述三维样本的各层梯度间的关系式，利用误差反传播法将各个光源入射光条件下分别采集的图像实际值与图像估计值的差值代入所述三维样本的各层梯度间的关系式求得相应的各个光源的所述三维样本的各层更新梯度。