欢迎来到知嘟嘟! 联系电话:13095918853 卖家免费入驻,海量在线求购! 卖家免费入驻,海量在线求购!
知嘟嘟
我要发布
联系电话:13095918853
知嘟嘟经纪人
收藏
专利号: 2021107366663
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
价格&联系人
年费信息
委托购买

摘要:

权利要求书:

1.一种基于LED阵列的光谱显微成像装置的实现方法,其特征在于,光谱显微成像装置包括依次设置的15×15单光源窄光谱红光光源LED阵列(1),载物台(2),显微物镜(3),视场光阑(4),4F中继透镜(5),阿米西棱镜(6),带通滤波器(7),微透镜阵列(8)和CCD阵列工业相机(9);所述的4F中继透镜(5)共有两组,分别设置在视场光阑(4)和阿米西棱镜(6)之间以及带通滤波器(7)和微透镜阵列(8)之间;

显微物镜(3)的成像镜头用于获取载物台(2)上样本的二维图像信息并成像在视场光阑(4)所在平面,再通过第一组4F中继透镜(5)中继到阿米西棱镜(6)表面;阿米西棱镜(6)将像沿中线切开并将左右两部分互换,带通滤波器(7)将阿米西棱镜(6)亮度最高的+1级中待记录的光谱波段单独通过,并将其波段以及其它光栅级上的光线屏蔽掉;此时光栅色散后的光线经过第二组4F中继透镜(5)重新汇聚在微透镜阵列(8)所在平面,不同波长的光线在微透镜阵列(8)后方于微透镜焦距f距离处聚焦,并且连续光谱沿光栅色散方向一字展开,展开后的像重新成像在CCD阵列工业相机(9)上;整个光路系统前后需要数值孔径匹配,即投射到微透镜阵列(8)上的光与微透镜阵列(8)本身的数值孔径大小不能超过设定阈值,并且尽量接近,以免产生图像重叠混淆;

包括如下步骤:

步骤一:15×15单光源窄光谱红光光源LED阵列(1)照射物体时,其中间隔相同、排列为

15×15方阵的225个LED灯从不同角度发出特定单色波长光线将载物台(2)上的观测物体从接连照亮225次,显微物镜(3)的成像镜头将观测物体的实像成像在视场光阑(4)所在平面,经过第一组4F中继透镜(5)映射在阿米西棱镜(6)表面;

步骤二:映射在阿米西棱镜(6)表面的观测物体的实像发生色散,带通滤波器(7)将阿米西棱镜(6)亮度最高的+1级中待记录的光谱波段L1至Ln单独通过,经过第二组4F中继透镜(5)重新汇聚到微透镜阵列(8)上;

步骤三:由于映射在阿米西棱镜(6)表面的观测物体的实像存在色散角度,因此不同波长的光重新汇聚在微透镜阵列(8)上实像存在不同的出射角,并且在微透镜焦平面(10)上沿着一个维度发生色散,观测物体色散后的实像成像在CCD阵列工业相机(9)的像素阵列上;

步骤四:微透镜阵列(8)中每一个微透镜对应CCD阵列工业相机(9)的像素阵列中的一块子像素(11)区域,子像素(11)大小为N×N个像素,其中N为奇数,且3<N<13;并且经过该微透镜的出射光会投射到子像素(11)位于中间的一行像素上;此时,将子像素(11)中中间一行对应位置的像素重新组合,组合方式为,将每个微透镜对应的子像素(11)中的第(N+

1)/2行的第i个像素按照微透镜位置排序组合为第i张图像Ai,其中i=1,2……N,即可得到载物台(2)上观测物体在λi波长下对应的光谱图像Ai,其中:λi=L1+(i‑0.5)×(Ln‑L1)/N;

步骤五:利用事先编程的MATLAB图像截取函数脚本实现CCD阵列相机自动截取15×15个LED灯点亮后的图片,生成225张图片,并对图片进行重命名和排序以便于下一步的图像分析与处理;相机所产生的图片像素为C×D;

步骤六:

①将每个LED灯的时域坐标转换为频域坐标;

②利用先前求得的光瞳函数在物体高分辨频谱上截取对应子孔径内的频谱信息;

③利用相应倾斜平面波下记录的低分辨强度图像来更新目标光场的振幅信息;

④对图片的光瞳函数进行进一步的归一化处理;

⑤通过更新前后目标光场的频谱分布差异来更新物体高分辨频谱中对应子孔径内的频谱信息以及光瞳函数;

⑥对图片的信息不断进行迭代和重构;

⑦计算误差参数;

⑧由得到的KxK个图像信息和重构后重新生成新的225张图片,再进而得到图像的信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于LED阵列的光谱显微成像装置的实现方法,其特征在于,步骤六详细步骤如下:输入为225(225=15×15)张原始图像,图像编号为 k为组数,(m,n)对应第m行第n列LED, 为图像原始频谱函数;通过计算得出光路系统的光瞳函数P(u,v)=|P(u,v)|*exp[i*2π*W(u,v,xt,yt)];式中(u,v)代表频域坐标,|P(u,v)|为光瞳函数的振幅,(xt,yt)为视场中某一位置处的空间坐标;

(1)对LED阵列进行坐标转换;令中心点LED灯坐标为(x0,y0),第m行、第n列的LED灯单位坐标为LEDm,n=(xm,n,ym,n);设λ为入射光的波长,h为LED阵列中心点位置LED灯距样品中心点的距离,则LEDm,n对应的倾斜平面波的空间频率为(um,n,vm,n);

(2)在LEDm,n阵列单个灯的照明下,利用先前求得的光瞳函数P(u,v)在物体高分辨频谱kO上截取对应子孔径内的频谱信息 并通过傅里叶逆变换生成像面上相应的低分辨复振幅函数 ,称为目标光场;

(3)保持目标光场的相位信息不变,利用相应倾斜平面波下记录的低分辨强度图像更新目标光场的振幅信息(4)装置为有着圆形孔径的显微成像装置,因此可将装置表示为一圆形低通滤波器,滤波器的截止频率为uc=NAobj/λ,其中NAobj为装置的数值孔径,λ是射入光的波长;对图片的光瞳函数P(u,v)进行进一步的归一化处理,处理式子如下;

(5)利用傅里叶变换求出更新后的目标光场的频谱 并

通过更新前后目标光场的频谱分布差异 来更新

物体高分辨频谱中对应子孔径内的频谱信息以及光瞳函数:

其中*为复共轭运算符;

(6)利用步骤(3)所得到的目标光场对图像进行相位恢复,从中心点灯左上角开始以螺旋线方式进行迭代,利用各个图像的目标光场来扩大截止频率;在重叠处,对低通信道叠加部分重叠区域的相位信息做除二处理;

(7)重复步骤(2)~(5)H次来更新其他照明角度所对应的频谱成分;当所有照明角度都更新过一遍之后,则完成了一次迭代过程;经过H次后,直到重建算法收敛,从而获得物体的高分辨下复振幅的最优解;利用每次迭代后物体振幅的误差值E作为算法循环的终止条件,j为迭代次数,若其小于所设阈值,则跳出循环,完成重建过程;

(8)对步骤(7)中收敛后的目标光场进行重建并得到目标光强图,该目标光强图是第K个光谱波段的超分辨率图;由第K个光谱波段的超分辨率图得到K×K个图像信息,并将其重组为新的225张图像,进而得到图像的信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于LED阵列的光谱显微成像装置的实现方法,其特征在于,H的取值为2‑3。