[发明专利]基于主成分分析的结构光照明显微成像方法

权利要求书

1.一种基于主成分分析的结构光照明显微成像方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1：采集结构光照明超分辨所需的样品原始照明图像；

步骤2：分离样品的三个频谱信息；

步骤3：通过双窗频域掩码掩码算子提取1级频谱的中心能量；

步骤4：获取照明向量因子；

步骤5：提取照明向量因子的主成分；

步骤6：从照明向量因子主成分中精确估计照明参数；

步骤7：进行频谱分离精确分离与超分辨图像重建。

2.根据权利要求1所述的基于主成分分析的结构光照明显微成像方法，其特征在于，采集结构光照明超分辨所需的样品原始照明图像的具体方法为：

通过结构光照明成像系统采集样品在三个不同照明方向上的三步相移正弦照明图像。

3.根据权利要求2所述的基于主成分分析的结构光照明显微成像方法，其特征在于，任一方向上的三步相移正弦照明图像具体为：

其中，D表示被采集的照明图像，下标n表示三步相移图像中的第几幅，n＝1或2或3，r代表图像空间坐标，表示卷积运算，S为样品信息，P表示成像系统的点扩散函数，k_ex、和m分别为照明参数的波矢、初相和调制深度，表示相移步数。

4.根据权利要求1所述的基于主成分分析的结构光照明显微成像方法，其特征在于，样品的三个频谱信息包括0级和±1级频谱信息，分离样品的三个频谱信息的具体方法为：

步骤2.1：对步骤1中获取的照明图像进行傅里叶变换，变换后的频谱图像被表示为：

其中上标～表示原对象的傅里叶变换，k代表频率坐标，下标0和±1代表分离的样品频谱的级次，表示照明图像D的频谱图，分别表示无光学传递函数与照明参数成分的样品S的0级频谱、﹢1级频谱和-1级频谱，O代表系统的光学传递函数，j代表虚数符号，e为自然底数，k_ex、分别为照明参数的波矢、初相；

步骤2.2：对步骤2.1获得的频谱图像进行线性组合并初步分离出样品的0级和±1级频谱信息：

令C₀，C₁，C_-1分别为初步分离的样品0级和±1级频谱信息。

5.根据权利要求1所述的基于主成分分析的结构光照明显微成像方法，其特征在于，步骤3通过双窗频域掩码掩码算子提取1级频谱的中心能量，具体为：

步骤3.1：利用整像素的波矢量将样品﹢1级频谱移动至图像中心，被移动后的样品﹢1级频谱信息被表示为：

式中k_int表示整像素的波矢量，k_sub表示残余的亚像素的波矢量；

步骤3.2：利用双窗频域掩码算子提取被整像素移动后的﹢1级频谱的中心频谱信号，提取的﹢1级频谱中心能量被表示为：

式中，NaN表示无效点，k_x,min表示双窗频域掩码算子中信号窗在水平x方向上的左边界或下边界，k_y,min双窗频域掩码算子中信号窗在竖直y方向上的左边界或下边界，k_x,max表示双窗频域掩码算子中信号窗在水平x方向上的右边界或上边界，k_y,max表示双窗频域掩码算子中信号窗在竖直y方向上的右边界或上边界，R表示双窗频域掩码算子中空白窗在水平和竖直方向上的尺寸，k_x、k_y表示沿水平x或竖直y方向上的频率坐标。

6.根据权利要求1所述的基于主成分分析的结构光照明显微成像方法，其特征在于，步骤4获取照明向量因子的具体方法为：

对样品﹢1级中心频谱信息进行逆傅里叶变换，并得到其e指数项：

式中，exp表示以e为底的指数函数，angle表示返回相位的函数，表示傅里叶逆变换操作。