[发明专利]一种集成在图像传感器中提高细胞分辨率的系统与方法

权利要求书

1.一种集成在图像传感器中提高细胞分辨率的系统，包括传统列并行TDI CMOS图像传感器，所述传统列并行TDI CMOS图像传感器包括时序控制电路、列电路和像素阵列，传统列并行TDICMOS图像传感器完成光信号采集并将其转化为具有退化后高分辨率的数字图像信号，其特征在于，还包括流速检测电路、流水处理乘加电路、寄存器组一、寄存器组二和寄存器组三，退化后的高分辨率的数字图像信号存储在寄存器组一中，以满足系统对于实时采集的要求，流速检测电路对寄存器组一中的数字图像信号进行速率预检测并通过反馈信号调整时序控制电路，以达到控制采样频率与流速匹配的目的，完成流速匹配后将存储在寄存器组一中的退化后的高分辨率的数字图像信号存储在寄存器二中，寄存器组三中预存了图像还原矩阵，存储在寄存器组二中的退化后的高分辨率的数字图像信号与存储在寄存器组三中的还原矩阵在流水处理乘加电路中完成矩阵乘处理并得到还原后的超分辨率图像。

2.一种集成在图像传感器中提高细胞分辨率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过流速检测电路进行速度检测，首先，在微流体轨道增加黑白块用来检测细胞液体流动速度，通过传统列并行TDI CMOS图像传感器可以获得黑白块图像序列，通过流速检测电路判断图像数字结果，编码后反馈给时序控制电路以实现对传统列并行TDI CMOS图像传感器采样频率的调整，经过采样频率调整后，传统列并行TDI CMOS图像传感器采样速度与细胞流动速度达到匹配；

所述步骤1的具体做法为：

在微流体轨道增加黑白相间单元用来检测细胞液体流动速度，每个单元块大小与实际像素尺寸大小成1:1比例，黑色单元实际不透光，通过传统列并行TDI CMOS图像传感器可以获得黑白相间单元的数字图像结果；

当采样速度与测试目标运动速度完全相同时，列转换数字结果y(t)应为：

y(t)＝[0；255；0；255；…0；255]

当采样速度与测试目标运动速度比2：1时，列转换数字结果y(t)均128；

当采样速度与测试目标运动速度比达到4：1时，列转换数字结果y(t)为：

y(t)＝[159；96；64；64；96；159；191；191]

因此，流速检测电路中的算法主要是根据列转换数字结果反馈调节时序控制电路的曝光速度和采样速度，使得速度达到匹配；

步骤2：按照步骤1得到的采样频率在传统列并行TDI CMOS图像传感器电路中就可以采集到在细胞运动方向上具有小于像素尺寸的细胞真实图像信息，将得到的退化后包含亚像素信息的模糊细胞图像存储在寄存器组一中；

所述步骤2的具体做法为：

整个步骤2的采集过程类似于矩阵卷积过程，用离散数学模型可以表示为：

其中，x(t)表示被拍摄的真实细胞图像，h_k(t)表示过采样采集过程中的退化矩阵，y_k(t)表示累加后直接输出的图像，也就是退化后包含亚像素信息的模糊细胞图像；当传统列并行TDI CMOS图像传感器采样速度与细胞流动速度严格匹配时，图像退化矩阵h_k(t)是已知量；

步骤3：当寄存器组一存储的细胞图像满足固定阵列大小时，将寄存器组一中数据转移到寄存器组二中，以满足寄存器组一能够流水处理并存储采集得到退化后包含亚像素信息的模糊细胞图像；

步骤4：通过预存在寄存器组三中的还原矩阵和寄存器组二中的包含亚像素信息的模糊细胞图像在流水处理乘加电路中完成矩阵乘还原得到清晰的超分辨率图像；

所述步骤4的具体做法为：通过已知的退化矩阵h_k(t)和退化后包含亚像素信息的模糊细胞图像y_k(t)求x(t)的过程，称之为去卷积过程，为了在芯片内实现去卷积，采用矩阵求逆的方法来实现；在寄存器组三中已经存储了由退化矩阵h_k(t)构造的H_k⁺(t)矩阵，称为还原矩阵，此时恢复后的清晰图像x(t)'可以表示为：x(t)'＝H_k⁺(t)y_k(t)；

步骤5：由于传统列并行TDICMOS图像传感器累加开始和结束的过程中存在与累加级数相关的无效信息，因此在图像输出之前需要去掉无效的“黑边”图像再输出，即实际输出图像的行数小于还原后的清晰图像；

步骤6：在进行步骤3，4，5时，传统列并行TDICMOS图像传感器继续按照步骤2所述采集细胞图像，当采集的包含亚像素信息的模糊细胞图像数据再次满足寄存器组一固定阵列大小时，重复步骤3，4，5，直至停止图像采集；

步骤7：将分段还原得到的各个分辨率的细胞图像拼接，可直接输出一幅完成的细胞图像。