[发明专利]一种基于FPM平台的三维样本的图像重构方法

说明书

本发明公开了一种三维样本的图像重构方法，包括：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)；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；根据所述损失函数求得所述三维样本的各层更新梯度；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。本发明提出的三维样本的图像重构方法，降低了算法的时间复杂度，能够高效地恢复高分辨率、大视场、低噪声的三维样本。

技术领域

本发明涉及显微成像领域，尤其涉及一种基于FPM平台的三维样本的图像重构方法。

背景技术

重建高分辨率、低噪声的三维样本属于三维成像中一个具有极大挑战性且重大意义的任务，对生物医学研究、细胞病理性检测等问题都具有深远意义。三维FPM算法是将传统二维FPM相位恢复算法与断层摄像学相结合的一种三维成像方法，二维FPM相位恢复算法突破了传统光学系统在空间带宽积(空间带宽积决定了图像最低必须分辨的像素数，限定图像要在分辨率和视野范围间做取舍与权衡)方面限制，它利用不同角度光照条件下采集的低分辨率图像迭代计算可以生成兼具宽领域与高分辨率的图像，断层摄像学是一种应用广泛的三维成像方法，将这二者结合恢复所得的三维样本各层图像也兼具大视场与高分辨率的特性，相对于其他三维成像方法简单、易调整操作，且成本低廉(在标准显微平台的基础上仅需添加一个可编程控制点亮顺序的LED矩阵)，效果稳定，且摆脱了断层摄像学需要在多角度不同焦距下采集大量样本的限制。

传统的三维FPM算法分为多层三维FPM算法和FP衍射断层摄像学两种。多层三维FPM算法利用多层传递模型建模光的散射过程，利用二维FPM幅值替换、交替投影法的迭代更新思想来恢复三维厚样本，忽略了FPM实验平台采集图像中暗场图像有效信息量偏少的特性，且需要利用光场重聚焦算法求得三维样本初值，增加了算法的时间复杂度；FP衍射断层摄像学将二维FPM的频域平面替换迭代更新转变为三维立体更新，但是为了保证算法的收敛性和三维样本恢复质量需要较大的数据冗余度，这大大增加了图片采集过程和算法运行所需的时间。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于FPM平台的三维样本的图像重构方法，降低了算法的时间复杂度，能够高效地恢复高分辨率、大视场、低噪声的三维样本。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种基于FPM平台的三维样本的图像重构方法，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。

优选地，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。