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专利号: 2020103605868
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 光学
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种双光源光学显微成像系统的图像处理方法,其特征在于,所述方法包括:

通过第一光源发出的白光光源,调整显微镜中的物镜直至采集到最清晰的聚焦图像,得到明场透射衰减后形成的最优图像;

通过第二光源发出的单光光源,调整显微镜的聚焦平面直至找到最优聚焦平面,采集当前最优聚焦平面所对应的聚焦图像,并将当前最优聚焦平面所处的位置设为相对位置0;

从相对位置0开始,在光轴方向调节物镜与载玻片的距离;每调节一定距离,则采集一张图像,从而采集到一系列的单光光源透射图像;

从不同散焦平面的透射图像,通过相位重建算法获取单光光源透射图像的相位变化信息,通过相位恢复得到相位图像;

所述相位重建算法包括将入射光与样品、光路相互作用物理过程采用模型表示V=v+iw,并将入射光束与样品的相互作用分解为光束在不同聚焦平面的采集图像tj=exp(iVj);光束穿过第N层之后,形成出射波,之后与光学系统相互作2

用,经过镜头之后直至在被探测器检测形成强度图像 I=|ψN+2|;建立系统代价函数 以代价函数最小化也即使得测量强度图像与计算图像之间对应的差异最小为目标,将对应的相位恢复问题转变为人工神经网络求解问题,利用人工神经网络梯度下降最优化方法对网络的权值和偏差进行反复的调整训练使得人工神经网络输出层输出的计算图像与单色光源透射图

像实际对应的测试强度图像近似;求解出最优的相位信息V,从而得到包含单色光光源透射图像的相位变化信息的相位图像;

其中,v为由于成像样品和媒介折射率差异引入的相位变化,w为由于i层成像样品的衰减系数;ψj+1表示第j+1层的入射光波函数,ψj+1tj表示穿过第j层的出射波,p表示菲涅耳传播算子,Vj表示穿过第j层的成像样品的相位信息;ψN+2表示第N+2层的入射光波函数,也即穿过第N层后,与光学系统相互作用,经过镜头之后直至在被探测器检测形成强度图像的入射光波函数;LF为透镜传递函数;ψN+1表示第N+1层的入射光波函数,也即穿过第N层后,与光学系统相互作用,经过镜头之后的入射光波函数;I表示计算图像;J表示测量强度图像,下标mk表示图像的对应像素位置;Vik表示第i层神经元与第k层神经元之间的相位差;ψiktjk表示经第i层神经元与第k层神经元计算所得的穿过第j层的出射波;

将白光光源得到的最优聚焦图像以及单光光源图像重建得到的相位图像进行互信息配准,并通过图像融合将最优聚焦图像与相位图像进行融合。

2.根据权利要求1所述的一种双光源光学显微成像系统的图像处理方法,其特征在于,所述在光轴方向调节物镜与载玻片的距离包括设向近焦方向移动1um为+1,设向离焦方向移动1um为‑1,物镜调节范围为(‑100,+100),调节的距离按照指数方式调节,即以±1,±2,±4,±8,±...进行调节。

3.根据权利要求1所述的一种双光源光学显微成像系统的图像处理方法,其特征在于,所述将白光光源得到的最优聚焦图像以及单光光源图像重建得到的相位图像进行互信息配准包括计算待配准的最优聚焦图像和待配准的相位图像的灰度互信息,选择灰度互信息最高的最优聚焦图像和相位图像进行配准;

其中,I(A,B)表示待配准的最优聚焦图像A和待配准的相位图像B的灰度互信息;pr(a)表示最优聚焦图像A的边缘概率密度;pf(b)表示相位图像B的边缘概率密度;prf(a,b)表示待配准的最优聚焦图像A和待配准的相位图像B的联合概率密度。