基于FPM的宽视场显微成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPM的宽视场显微成像方法及系统，其中，方法包括：在LED面板上将多个LED排布为多个同心圆；获取多个同心圆中每个同心圆的半径，并确定排布层数和每一层上的LED个数；获取每一层上的LED的排布角度；通过迭代得到最佳LED面板分布结构；将最佳LED面板分布结构作为光源，通过频域叠层拼接显微FPM系统得到成像结果。该方法通过引入圆形的LED阵列，减小曝光次数，提高成像效率，简单易实现。

Wide field of view microscopic imaging method and system based on FPM

The invention discloses a FPM based wide field imaging method and system, the method comprises: a plurality of concentric circle in the LED panel will be more LED arrangement; access to each of a plurality of concentric concentric circle radius, and determine the arrangement of layers and each layer of the LED number; arrangement angle for each layer of the LED; the best LED panel distribution structure obtained by iteration; the best LED panel structure is used as the light source, the imaging results obtained in frequency domain of stacked splicing micro FPM system. The method reduces the exposure times and improves the imaging efficiency by introducing a circular LED array, which is easy to implement.

【技术实现步骤摘要】
基于FPM的宽视场显微成像方法及系统
本专利技术涉及计算摄像
，特别涉及一种基于FPM的宽视场显微成像方法及系统。
技术介绍
由于物镜能够传输的信息量有限，其SBP(space-bandwidthproduct，空间带宽积)将受到限制，而SBP为视场大小与空间分辨率的平方的乘积，因而宽视场和高分辨无法兼顾。FPM(FourierPtychographicMicroscopy，频域叠层拼接显微)技术利用学科交叉方面的知识，将信息技术的知识应用到了传统的显微技术中，突破了空间带宽积的局限。其具体方法为：利用透镜在傅里叶域为一个低通滤波器的性质，不同角度的光照入射获得的图片对应于样本在傅里叶域不同位置的信息，将一系列低分辨率的图片做傅里叶变换后映射到对应的不同位置，合成一张高分辨率的频谱图。最终的频谱图不仅包含高分辨率的样本强度信息，同时包含着样本的相位信息。因此，FPM是一种宽视场、高分辨率并且能够对相位进行成像的显微技术。由于FPM技术的出色性能，以及比较低的硬件成本，迅速引起了学术界的关注。目前，FPM技术最大的局限在于其数据采集所耗时间过长。为了使得SBP有着显著的提升，一般至少需要使用15乘15的LED(LightEmittingDiode，发光二极管)阵列来实现。在此条件下，使用传统的采集技术一般需要3分钟左右，这对于观察细胞的动态行为非常不利。相关技术中，改进FPM的采集时间主要采用两类策略：一类通过对样本的预先估计，获得其频谱不同位置的重要性信息，对于包含重要信息的角度进行定向曝光，对于不重要的位置少曝光或者不曝光，从而减小总的曝光次数，提升采集速率，但是其主要问题在于需要对于样本的预先估计，不但会增加采集过程中的计算量，甚至可能无法连续采集，并且每次各个LED曝光顺序不同，也会增加硬件控制的难度；另一类方法是基于不同位置的LED进行编码，将在频域上覆盖不同位置的LED编码为一组，同时曝光，虽然可以减小单个LED曝光时间的同时，并且也减小了曝光的总次数，但是其最大的问题在于鲁棒性的不足，首先不能保证对于所有的样本按照给出的编码方式进行恢复，其次是该方法对于系统参数过于敏感，系统参数的变化将会对编码方式以及成像效果有着非常大的影响。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于FPM的宽视场显微成像方法，该方法可以减小曝光次数，并且提高成像效率。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于FPM的宽视场显微成像系统。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于FPM的宽视场显微成像方法，包括以下步骤：在LED面板上将多个LED排布为多个同心圆；获取所述多个同心圆中每个同心圆的半径，并确定排布层数和每一层上的LED个数；获取所述每一层上的LED的排布角度；通过迭代得到最佳LED面板分布结构；将所述最佳LED面板分布结构作为光源，通过FPM系统得到成像结果。本专利技术实施例的基于FPM的宽视场显微成像方法，通过分析频谱的复用特征引入圆形的LED阵列，从而能够在有限的LED个数条件下，保证相邻光照重复度的同时，覆盖更大的频谱面积，从而更加有效率地利用频谱，减小LED曝光个数，最终减小整个系统的数据采集时间，提高成像效率，简单易实现。另外，根据本专利技术上述实施例的基于FPM的宽视场显微成像方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述获取所述多个同心圆中每个同心圆的半径，进一步包括：根据最佳频谱重复程度确定最里层同心圆的半径；根据所述最里层同心圆的半径得到所述每个同心圆的半径。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述确定排布层数和每一层上的LED个数，进一步包括：根据所述LED面板的面积确定排布层数；根据所述多个LED中各个LED之间的硬件避让距离确定每一层的LED个数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述获取所述每一层上的LED的排布角度，进一步包括：根据通过贪婪算法确定所述每一层上的LED与里层的LED的频谱重复程度，以使得所述频谱重复程度最大得到所述每一层上的LED的排布角度。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述多个同心圆中每个同心圆上各个LED均匀分布。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于FPM的宽视场显微成像系统，包括：排布模块，用于在LED面板上将多个LED排布为多个同心圆；第一获取模块，用于获取所述多个同心圆中每个同心圆的半径，并确定排布层数和每一层上的LED个数；第二获取模块，用于获取所述每一层上的LED的排布角度；设置模块，用于通过迭代得到最佳LED面板分布结构；成像模块，用于将所述最佳LED面板分布结构作为光源，通过FPM系统得到成像结果。本专利技术实施例的基于FPM的宽视场显微成像系统，通过分析频谱的复用特征引入圆形的LED阵列，从而能够在有限的LED个数条件下，保证相邻光照重复度的同时，覆盖更大的频谱面积，从而更加有效率地利用频谱，减小LED曝光个数，最终减小整个系统的数据采集时间，提高成像效率，简单易实现。另外，根据本专利技术上述实施例的基于FPM的宽视场显微成像系统还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一获取模块还用于根据最佳频谱重复程度确定最里层同心圆的半径，并且根据所述最里层同心圆的半径得到所述每个同心圆的半径。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一获取模块还用于根据所述LED面板的面积确定排布层数，并且根据所述多个LED中各个LED之间的硬件避让距离确定每一层的LED个数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，第二获取模块具体用于根据通过贪婪算法确定所述每一层上的LED与里层的LED的频谱重复程度，以使得所述频谱重复程度最大得到所述每一层上的LED的排布角度。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述多个同心圆中每个同心圆上各个LED均匀分布。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的基于FPM的宽视场显微成像方法的流程图；图2为根据本专利技术一个实施例的LED面板的结构示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的仿真复原的效果示意图；以及图4为根据本专利技术实施例的基于FPM的宽视场显微成像系统的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于FPM的宽视场显微成像方法及系统，首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于FPM的宽视场显微成像方法。图1是本专利技术实施例的基于FPM的宽视场显微成像方法的流程图。如图1所示，该基于FPM的宽视场显微成像方法包括以下步骤：在步骤S101中，在LED面板上将多个LED排布为多个同心圆。也就是说，首先确定系统的工作具体、LED面板的几何尺寸。其中，在本专利技术的实施例中，改变了传统LED面板的矩阵式结构，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPM的宽视场显微成像方法，其特征在于，包括以下步骤：在LED面板上将多个LED排布为多个同心圆；获取所述多个同心圆中每个同心圆的半径，并确定排布层数和每一层上的LED个数；获取所述每一层上的LED的排布角度；通过迭代得到最佳LED面板分布结构；以及将所述最佳LED面板分布结构作为光源，通过频域叠层拼接显微FPM系统得到成像结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPM的宽视场显微成像方法，其特征在于，包括以下步骤：在LED面板上将多个LED排布为多个同心圆；获取所述多个同心圆中每个同心圆的半径，并确定排布层数和每一层上的LED个数；获取所述每一层上的LED的排布角度；通过迭代得到最佳LED面板分布结构；以及将所述最佳LED面板分布结构作为光源，通过频域叠层拼接显微FPM系统得到成像结果。2.根据权利要求1所述的基于FPM的宽视场显微成像方法，其特征在于，所述获取所述多个同心圆中每个同心圆的半径，进一步包括：根据最佳频谱重复程度确定最里层同心圆的半径；根据所述最里层同心圆的半径得到所述每个同心圆的半径。3.根据权利要求1所述的基于FPM的宽视场显微成像方法，其特征在于，所述确定排布层数和每一层上的LED个数，进一步包括：根据所述LED面板的面积确定排布层数；根据所述多个LED中各个LED之间的硬件避让距离确定每一层的LED个数。4.根据权利要求1所述的基于FPM的宽视场显微成像方法，其特征在于，所述获取所述每一层上的LED的排布角度，进一步包括：根据通过贪婪算法确定所述每一层上的LED与里层的LED的频谱重复程度，以使得所述频谱重复程度最大得到所述每一层上的LED的排布角度。5.根据权利要求1-5任一项所述的基于FPM的宽视场显微成像方法，其特征在于，所述多个同心圆中每个同心圆上各个...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴琼海，陈星晔，吴嘉敏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11