1.一种基于傅里叶叠层成像的远场超分辨率重建方法,其特征在于通过获取到的一系列低分辨率图像,快速重建出远场样本的幅值信息以及相位信息;将低成本的散射装置放置于样本与物镜之间,且置于物镜的焦平面处,对经相干光照射后的样本信息进行调制;样本置于物镜的远场中,距离物镜焦平面50cm~80cm处,由相干光进行照射;在低分辨率图像获取过程中,通过有规律的将散射片进行上下、左右移动,以获得更加完善的样本调制信息;通过多散射片对样本信息的调制,获得超出物镜衍射极限的分辨率,以此实现样本超分辨率重建。
2.根据权利要求1所述的一种基于傅里叶叠层成像的远场超分辨率重建方法,其特征在于该重建方法使用的光学系统包括:激光发射器、样本、驱动位移器、散射装置以及图像采集器;其中样本为生物切片样本;散射装置位于驱动位移器上,且置于物镜的焦平面处;
激光发射器的相干光束垂直入射于样本平面;散射装置平面和物镜平面都与样本平面平行;驱动位移器和图像采集器与计算机相连,以便于实时查看图像采集情况。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于傅里叶叠层成像的远场超分辨率重建方法,其特征在于所述的散射装置为散射片。
4.根据权利要求3所述的一种基于傅里叶叠层成像的远场超分辨率重建方法,其特征在于远场超分辨率重建过程如下:步骤1:低分辨率图像获取
计算机控制驱动位移器,使得散射装置在X-Y平面内做“回”字形移动,每次移动步长为
1毫米,每移动一次进行一次图像采集;
步骤2:基于傅里叶叠层成像方法对样本的幅值与相位进行重建对于获取到的一系列低分辨率图像,运用傅里叶叠层成像方法对其进行超分辨率重建,其数学模型为:Ij(x,y)=|[(W(x,y)*PSFfree(d))·D(x-xj,y-yj)]*iFFT{CTF(kx,ky)}|2其中,Ij(x,y)是第j幅低分辨率图像的强度,W(x,y)是样本由激光照射后的光场信息,D(x-xj,y-yj)代表不同位置处的散射片函数;iFFT代表傅里叶反变换,“*”代表卷积,“·”代表点乘;PSFfree(d)代表自由空间的点扩散函数,其中“d”代表散射片与样本间的距离;CTF(kx,ky)为离焦相干传递函数;
远场的点扩散函数为:
其中,j为虚数项,λ为波长,k为波数,x,y为光场的空域坐标;
步骤3:基于散射片在不同位置采到的N幅图像,重建光场信息W(x,y)以及D(x,y)。
5.根据权利要求4所述的一种基于傅里叶叠层成像的远场超分辨率重建方法,其特征在于步骤3具体实现如下:
3-1.初始化激光照射样本后的光场信息w(x,y)、散射片函数D(x,y)以及离焦相干传递函数CTF;
3-2.样本的光场信息W(x,y)通过与点扩散函数PSFfree(d)进行卷积,进而传递到散射装置平面,即:W′(x,y)=(W(x,y)*PSFfree(d))W′(x,y)为散射装置平面处样本的光场信息;
3-3.对散射装置进行位移:
Dj(x,y)=D(x-xj,y-yj)
Dj(x,y)代表不同位置处的散射片函数;
3-4.将散射装置平面处的光场信息W′(x,y)与当前位置的散射片函数Dj(x,y)进行相乘,以获取调制后的光场信息:φj(x,y)=W′(x,y)·Dj(x,y)φj(x,y)即为调制后的光场信息;
3-5.对调制后的信息进行频域滤波:
(1)将调制后的光场信息转换到傅里叶域进行操作:Φj(kx,ky)=FFT(φj(x,y))
FFT为傅里叶变换;
(2)在傅里叶域将调制后的光场信息Φj(kx,ky)与离焦相干传递函数CTF相乘:Ψj(kx,ky)=Φj(kx,ky)·CTFΨj(kx,ky)为滤波后的结果;
(3)将滤波后的结果转换到空域进行后续操作:
ψj(x,y)=iFFT(Ψj(kx,ky))iFFT代表傅里叶反变换,ψj(x,y)为滤波后的结果在空域的形式;
3-6.对滤波后的结果进行幅值替换:
ψ(x,y)为空域下滤波后的结果;Ij(x,y)为第j幅采集到的低分辨率图像的强度;Ψ′j(kx,ky)为幅值替换后的结果;
3-7.对调制信息进行更新:
φ′j(x,y)=iFFT(Φ′j(kx,ky))Φj(kx,ky)为傅里叶域调制后的光场信息,βΦ为调制信息更新的权重因子,conj(CTF)代表对离焦相干传递函数取共轭形式;Ψ′j为滤波后信息幅值替换后的结果,Ψj为替换前的结果;Φ′j(kx,ky)为更新后的频谱信息,对其进行反傅里叶变换,得到其空域形式φ′j(x,y);
3-8.对样本信息进行更新:
W′(x,y)为散射装置平面处样本的光场信息,conj(Dj)代该位置处的散射片函数Dj取共轭形式;αobj为样本信息更新的权重因子;φ′j为调制信息更新后的结果;φj调制信息更新前的结果;W″为样本信息更新的结果;
3-9.对散射装置函数进行更新:
Dj为当前位置处的散射片传递函数,conj(W″)代表对更新后的样本信息取共轭;φ′j为调制信息更新后的结果;φj为调制信息更新前的结果;αD为散射装置函数更新的权重因子;
3-10.进行下一次迭代,即重复执行步骤3-3到步骤3-9;
3-11.迭代完成后将样本的光场信息传回到物体平面:W(x,y)=(W′(x,y)*PSFfree(-d))。