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专利号: 2019108399915
申请人: 杭州电子科技大学
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:2024-04-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于傅里叶叠层显微成像的LED照明优化方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一、基于LED,孔径和样本之间的关系,在傅里叶域中确定频谱范围;

步骤二、使用图像质量评估算法来提取任意子LED和全LED之间的差异表达式;

步骤三、分析差异表达式,确定照明角度优化方案。

2.如权利要求1所述的基于傅里叶叠层显微成像的LED照明优化方法,其特征在于:步骤一具体如下:令LED相邻单元的间隔为D mm,LED平面与样品之间的距离为h mm,物镜参数为M×(放大倍率)、NA(数值孔径),工作波长为λ,视场角θ0与数值孔径满足以下公式:NA=sinθ0

其中,中心LED单元垂直入射通过样品到物镜,傅里叶平面上的截止频率为:

令任一子LED入射角度为φ,则LED,孔径和样本之间的关系满足以下公式:

a和b分别是当前LED单元与沿x和y方向距中心LED单元之间的数量差,r为对应距离;

边缘LED和中心LED之间的间隔满足L=[rmax/D],[A]表示小于或等于A的最大整数,则有效LED阵列分布为(2L+1)×(2L+1)。

3.如权利要求2所述的基于傅里叶叠层显微成像的LED照明优化方法,其特征在于:步骤二具体如下:相邻LED的光谱重叠,令有效的LED单元光谱为F0,坐标(i,j)处的LED的光谱为Fi,j,再令差异函数为 采用峰值信噪比PSNR和结构相似性SSIM两种全参考图像质量评估算法,强度图f0对应于光谱F0,fres对应于残差光谱(F0-Fij);

SSIM=[l(x,y)][c(x,y)][s(x,y)]

其中μx、σx和μy、σy分别是x和y的均值和方差,σx,y是x和y的协方差,C1=C2=C3=0.01;

坐标(i,j)在整个图像上逐像素移动,最终得到PSNR的差分矩阵和SSIM的差分矩阵,即该差分矩阵为任意子LED和全LED之间的差异表达式,通过这两个差分矩阵确定所有单一位置的LED对图像重建质量的重要性贡献等级。

4.如权利要求3所述的基于傅里叶叠层显微成像的LED照明优化方法,其特征在于:步骤三具体如下:根据步骤二得到的单一位置的LED对图像重建效果的重要性贡献等级,当选择最重要的LED范围时,按照菱形的形状提取主要照明区域,其中主要照明区域又可以分为明场成像区域和暗场成像区域;明场成像要求照明孔径在显微镜数值孔径之内,由于傅里叶叠层成像在频谱扫描过程中需要一定的孔径交叠率,则可通过下列式子确定明场成像范围下LED的分布:将明场成像范围内相邻LED的间距缩小至暗场成像范围内相邻LED的间距一半,提高对明场成像下低分辨率图像采集数量;

菱形LED阵列照明方式是:LED阵列先点亮最中心的LED单元,n=0,n为计算机发出的第一次控制命令,接着当n=1时,LED阵列按规律逐个点亮上述LED单元外一圈;以此类推,当n>1时,LED阵列的照明范围为沿水平方向的对角线的LED灯盏数为2n+3,沿垂直方向的对角线的LED灯盏数为2n+1,最终其整体照明范围为菱形。

5.一种基于LED阵列照明优化的傅里叶叠层显微装置,包括沿光路从上到下依次设置的相机(1),成像透镜(2),显微物镜(3),样品4,载物台5,稀疏排布的菱形LED阵列(6)以及计算机(7),其特征在于:所述稀疏排布的菱形LED阵列(6)依次点亮发光单元用于为被测样品4提供不同角度的照明光;被测样品(4)被置于载物台(5)上,位于稀疏排布的菱形LED阵列(6)和显微物镜(3)之间,处于显微物镜(3)的焦平面上;显微物镜(3)和成像透镜(2)共同组成一个4f系统;照明光束从菱形LED阵列(6)发出,经被测样品(4)散射后通过该4f系统在成像透镜(2)的后焦面上成像,并由相机(1)记录;每个子LED的照明顺序及所示相机的图像拍摄均由外部计算机编程控制。