[发明专利]基于希尔伯特变换的结构照明快速三维彩色显微成像方法

权利要求书

1.基于希尔伯特变换的结构照明快速三维彩色显微成像方法，其特征在于包括以下步骤：

1)产生结构照明光场：

由单色LED或白光LED照明，通过数字微镜器件DMD产生2个空间方向相同、相位相差π的任意方向的正弦条纹结构照明光场，结构照明光场经过显微物镜照射载物台上的样品；

2)彩色CCD相机采集图像：

对应于两个相位的结构照明光场，彩色CCD相机分别采集样品当前层的两幅彩色二维图像I₀(RGB)、I_π(RGB)；

3)图像处理：

3.1)将步骤2)中采集到的两幅不同相位的彩色二维图像I₀(RGB)和I_π(RGB)，按照公式(1)计算得到去除条纹的彩色宽场图像I_wide(RGB)；

3.2)将步骤2)中采集的两幅不同相位的彩色二维图像I₀(RGB)和I_π(RGB)转换为灰度图像I_0gray(x,y)和I_πgray(x,y)，再利用公式(2)将I_0gray(x,y)和I_πgray(x,y)写为；

其中，I_in表示二维灰度焦面图像，I_out表示离焦背景，m为正弦条纹的调制度，p为条纹的空间频率；

3.3)计算样品当前层的二维灰度焦面图像I_in(x,y)；

3.4)将公式(1)得到的彩色宽场图I_wide(RGB)和当前位置的二维灰度焦面图像I_in(x,y)相乘，即可得到彩色光切片图像I_in(RGB)：

I_in(RGB)＝I_wide(RGB)·I_in(x,y) (8)；

3.5)将样品在轴向以一定层间距移动，然后利用彩色CCD相机在每一层采集两幅彩色二维图像I₀(RGB)、I_π(RGB)；

3.6)按照步骤3.1)-3.4)对每一层进行重构，得到每一层对应的彩色光切片图像I_in(RGB)；

3.7)将所有层的彩色光切片图像I_in(RGB)进行叠加，得到样品的三维彩色图像I_result(RGB)。

2.根据权利要求1所述的基于希尔伯特变换的结构照明快速三维彩色显微成像方法，其特征在于：

步骤3.3)具体为：

a)将步骤3.2)得到的两幅灰度图像利用公式(3)相减，得到差值图像ΔI(x,y)：

其中，C＝2msin(π/2)

b)对差值图像ΔI(x,y)二维矩阵中任意一行进行一维操作：

b1)令y＝y₀，代入公式(3)计算得到ΔI(x,y₀)，将ΔI(x,y₀)代入公式(4)做一维希尔伯特变换：

其中y₀表示差值图像二维矩阵中的任意一行，HT{}表示希尔伯特变换算符，表示卷积算符；

b2)对比公式(3)和公式(4)发现，正弦条纹经过希尔伯特变换后产生了π/2的相移，鉴于此，构造一个复数信号I_A(x,y₀)：

I_A(x,y₀)＝ΔI(x,y₀)+i·HT_x{ΔI(x,y₀)} (5)

取复数信号的模值：

|I_A(x,y₀)|＝C·I_in(x,y₀) (6)

c)按照步骤b)的操作方法对差值图像二维矩阵所有行进行一维操作，即获得一幅完整的灰度焦面图像I_in(x,y)：

3.根据权利要求1或2所述的基于希尔伯特变换的结构照明快速三维彩色显微成像方法，其特征在于：所述步骤1)提到的任意方向为：X方向或Y方向。