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专利号: 2019114194448
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:2024-01-05
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成像的LED矩阵校正方法,其特征在于:具体包括如下步骤:步骤1:成像系统的搭建,包括LED照明矩阵、一个低倍物镜、显微镜、一个样本目标以及一个CCD摄像头;显微镜为常用显微镜,配以一个低倍物镜,待分辨样本放置在载物台上;在样本下方适当距离h=6~9cm处放置LED照明矩阵,每个LED元件可发出一个平面波;在成像位置放置一个CCD摄像头用以捕获低分辨率图像;

步骤2:对系统建立坐标系模型;以系统光轴方向为z轴,以垂直光轴方向的LED照明矩阵所在平面为XOY平面,其中以中心LED元件为XOY平面中心原点(x0,y0),能够确定每个LED元件坐标;

步骤3:初始化高分辨率样本图像o(x,y)和孔径频谱函数P(u,v),并对样本函数进行傅里叶变换在傅里叶域内生成对应的频谱O(u,v);

步骤4:按照次序依次点亮每个LED光源,对于每个LED发出的入射波向量(ui,vi),根据光学成像理论评估出对应产生的低分辨率图像 而入射波照在样本平面后沿光轴方向继续传播,最终在成像平面上生成实际的低分辨率强度图li(x,y),由CCD捕获;

步骤5:根据评估图像 和实际图像li(x,y)设计代价函数E=f(x,y),该代价函数代表了光学系统采集的图像与理论成像之间的偏差,缩小该偏差便能提高系统成像的质量;

步骤6:利用求函数偏导数的方法寻求每个LED元件位置偏差(Δxi,Δyi),对元件位置进行更新校正,计算更新后的代价函数;

步骤7:按照步骤4~6重复执行M=4~6次,进一步减小LED的位置偏差,确定最终的LED坐标;

步骤8:选取好LED位置,运用傅里叶叠层成像方法重构出高分辨率图像。

2.如权利要求1所述的基于傅里叶叠层成像的LED矩阵校正方法,其特征在于:所述步骤2中确定每个LED元件坐标(xi,yi),i=1,2,…15*15;每个LED入射平面波为:其中λ为光波的中心波长,x0,y0分别

是中心LED元件的横、纵坐标,xi,yi是对应第i个LED元件的横、纵坐标,h是中心LED元件到样本图像的距离。

3.如权利要求1所述的基于傅里叶叠层成像的LED矩阵校正方法,其特征在于:所述步骤3对应在傅里叶域的频谱O(u,v)=F[o(x,y)];其中F(·)表示傅里叶变换;o(x,y)以矩阵形式表示图像,代表了图像在空域内的数据矩阵;物镜孔径为圆形孔径,参数数据在频域内也可以表示为矩阵形式P(u,v)。

4.如权利要求1所述的基于傅里叶叠层成像的LED矩阵校正方法,其特征在于:所述步骤4具体包括如下步骤:依次点亮每个LED照射样本,对于每个LED入射波向量(ui,vi),图像预估值为:Ψi(u,v)=O(u-ui,v-vi)P(u,v);评估图像值为Ie(u,v)=|Ψi(u,v)|2;

对应空域图像: 其中F-1(·)表示傅里叶逆变换;li(x,y)为CCD获取的实际低分辨率图像,对应傅里叶频谱图像:Ii(u,v)=F[li(x,y)]。

5.如权利要求1所述的基于傅里叶叠层成像的LED矩阵校正方法,其特征在于:所述步骤5具体包括如下步骤:根据评估图像Ie(u,v)和实际图像Ii(u,v)设计代价函数E,每一个LED误差函数为:costi=[Ie(u,v)-Ii(u,v)]2;由于LED是个15*15矩阵,那么代价函数也可写成:LED元件的位置偏差通常不超出毫米级别,因此每个评估图像和

实际图像的偏差costi很小,接近于: 其中E和E0都是15*15矩阵。

6.如权利要求5所述的基于傅里叶叠层成像的LED矩阵校正方法,其特征在于:所述步骤6具体包括如下步骤:利用求函数偏导数方法求解LED元件的位置偏差Δx,Δy:其中: 都是15*15矩

阵,则根据误差函数和代价函数求解未知量;对每个LED元件的位置进行更新:x′i=xi-αxi,y′i=yi-βyi;其中α=β=0.2,皆为可调节参数;坐标更新后计算每个误差函数costi,如果costi减小,则更新对应的xi=xi',yi=yi';否则xi,yi保持先前的数值不变;

从而可以确定最终的。

7.如权利要求1所述的基于傅里叶叠层成像的LED矩阵校正方法,其特征在于:所述步骤8按照傅里叶叠层成像方法重构出样本的高分辨率图像:具体如下:

1)对于初始化后的高分辨率样本频谱O(u,v)选中频谱的一个子区域Ωi,该子区域位置会对应一个入射波(ui,vi);

2)利用强度约束更新子区域Ωi:

Фi(u,v)=F[ψi(x,y)];使用Фi(u,v)替代子区域Ωi图像;

3)重复步骤1)-2),直至更新样本频谱O(u,v)的所有区域;

4)重复步骤1)-3),直至图像满足成像系统的分辨率要求,然后对更新后的频域图像傅里叶反变换得到样本在空域内的高分辨率图像o(x,y)。