The invention discloses a method for correcting and compensating background nonuniformity in differential phase contrast microscopic imaging. The method adopts background pre-calibration or adaptive background fitting. In the background pre-calibration method, the image when no sample is placed is taken as background image, and the image is cancelled by subtraction or division operation in the subsequent calculation. Image inhomogeneity. In differential phase contrast imaging, the non-uniformity of the image is linearly distributed in the illumination direction. Based on this point, the adaptive background fitting method adopts three kinds of fitting background images. In the subsequent calculation, the non-uniformity of the image is eliminated by subtraction or division operation. The invention solves the problem of uneven brightness and darkness of the images collected by the differential phase contrast imaging system, and improves the imaging quality and the phase resolution accuracy on the basis of ensuring the imaging speed of the differential phase contrast imaging microscope system.
【技术实现步骤摘要】
差分相衬显微成像中背景非均匀性的校正与补偿方法
本专利技术属于光学显微成像技术的图像校正领域，特别是一种差分相衬显微成像中背景非均匀性的校正与补偿方法。
技术介绍
细胞作为有机体构成和生命活动的基本单位，其结构的准确、清晰、定量重现一直以来都对生物医学和生命科学界的研究起着至关重要的作用。然而大部分生物细胞是无色透明的，在可见光波段具有弱吸收性，光线透过细胞之后不会引起光强的明显变化，这使得细胞观察无法实现。在显微
，有两种方式来解决这个问题，第一种采用“标记”的手段，依赖染色剂改变细胞的弱吸收性质，实现可见光下细胞的可见性。但这样的方法却也对细胞的活性产生了不利影响，染色剂或者荧光染色剂往往会给细胞造成损伤甚至杀死细胞。泽尼克相衬显微提供了第二种观察无色透明细胞的手段即“无标记”成像技术，它利用光的衍射和干涉特性，根据空间滤波的原理改变物光波的频谱相位，将相位差转换成振幅差从而大大地提高了透明相位物体在光学显微镜下的可分辨性。随后出现的诺马斯基微分干涉相衬显微也实现了类似的效果，它基于偏振分光干涉原理，其可将样品的相位梯度转换为强度差反映出来，形成的是一种...
【技术保护点】
1.一种差分相衬显微成像中背景非均匀性的校正与补偿方法，其特征在于采用背景预标定的步骤如下：步骤一，相位传递函数计算：采用弱相位物体近似，计算当前参数下系统的相位传递函数，保存成固定数据格式，后续计算直接读入；步骤二，图像采集：利用LED阵列产生上、下、左、右四个方向的半圆形或者半环形照明图案，不放置样品采集四幅背景图像，放置样品采集四幅样品图像；步骤三，图像校正：对采集的四幅样品图像和四幅背景图像做减法或者除法计算，对计算结果进行数值修正得到校正后的样品图像；步骤四，差分图像计算：利用差分相衬成像算法，对校正后的样品图像进行计算，得到两幅差分样品图像；步骤五，定量相位计算...
【技术特征摘要】
1.一种差分相衬显微成像中背景非均匀性的校正与补偿方法，其特征在于采用背景预标定的步骤如下：步骤一，相位传递函数计算：采用弱相位物体近似，计算当前参数下系统的相位传递函数，保存成固定数据格式，后续计算直接读入；步骤二，图像采集：利用LED阵列产生上、下、左、右四个方向的半圆形或者半环形照明图案，不放置样品采集四幅背景图像，放置样品采集四幅样品图像；步骤三，图像校正：对采集的四幅样品图像和四幅背景图像做减法或者除法计算，对计算结果进行数值修正得到校正后的样品图像；步骤四，差分图像计算：利用差分相衬成像算法，对校正后的样品图像进行计算，得到两幅差分样品图像；步骤五，定量相位计算：利用上面求得的两幅差分样品图像以及相位传递函数，采用Tikhonov准则计算样品的差分相衬定量相位结果；或者采用自适应背景拟合的步骤如下：步骤一，相位传递函数计算：采用弱相位物体近似，计算当前参数下系统的相位传递函数，保存成固定数据格式，后续计算直接读入；步骤二，图像采集：利用LED阵列产生上、下、左、右四个方向的半圆形或者半环形照明图案，放置样品采集四幅样品图像；步骤三，差分图像计算：利用差分相衬成像算法对四幅样品图像进行计算，得到两幅差分样品图像；步骤四，图像校正：利用自适应图像背景拟合算法对两幅差分样品图像的背景进行拟合，利用减法或者除法运算校正补偿不均匀背景；步骤五，自适应校正判断：对校正后的差分图像再次利用背景拟合算法拟合出背景图像，对二次背景计算标准差，设定阈值进行判断，以二次背景图像的标准差作为判断依据对是否达到去除非均匀性的效果进行判断；步骤六，定量相位计算：利用步骤二得到的校正后两幅差分样品图像以及光学传递函数，采用Tikhonov准则计算样品的差分相衬定量相位结果。2.根据权利要求1所述的差分相衬显微成像中背景非均匀性的校正与补偿方法，其特征在于图像采集的过程为：点亮可编程LED阵列，产生上、下、左、右四个方向的不对称照明，以半圆形或者半环形照明图案照射样品；半圆形的圆心点或者半环的内圆的圆心点在显微镜物镜的光轴上，每改变一次照明图案触发相机采集一幅图像；在放置样品与不放置样品两种情况下各采集四幅图像，放置样品时记为Isleft、Isright、Isup、Isdown，不放置样品时记为Ibleft、Ibright、Ibup、Ibdown，由于用来标定的背景图像Ibleft、Ibright、Ibup、Ibdown只和显微镜系统参数以及物镜参数有关，系统确定后，不同的物镜只需采集一次背景图像进行保存，每次实验带入当前物镜下对应的背景图像即可得到校正结果。3.根据权利要求1所述的差分相衬显微成像中背景非均匀性的校正与补偿方法，其特征在于图像校正中的除法具体过程为：①为了避免除法计算时，分母的0值带来的误差，首先对样品图像Isleft、Isright、Isup、Isdown和差分背景图像Ibleft、Ibright、Ibup、Ibdown进行数值修正，将其数值范围修正为0-2，按照下面的公式对应相除即可获得校正后的差分样品图像：②对上述结果Isl_corr进行硬阈值数值修正即可得到最终的校正图像Isl_corr。4.根据权利要求1所述的差分相衬显微成像中背景非均匀性的校正与补偿方法，其特征在于图像校正中的减法具体过程为：样品图像Isleft、Isright、Isup、Isdown和差分背景图像Ibleft、Ibright、Ibup、Ibdown对应相减，得到的图像去除了背景不均匀性的影响，再给每个相减的结果加上背景图像的平均值mbleft进行补偿，将图像的数值恢复到原图范围，即可得到最终的校正图像Isl_corr：Isl_corr＝Isleft-Ibleft+mbleft。(10)5.根据权利要求1所述的差分相衬显微成像中背景非均匀性的校正与补偿方法，其特征在于自适应背景拟合的图像校正分为两步，第一步拟合背景图像，第二步背景非均匀性校正，其中拟合背景图像方法为投影叠加快速拟合方法、局部均值双线性拟合方法或主成分提...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈钱，范瑶，左超，孙佳嵩，冯世杰，张玉珍，顾国华，李加基，张佳琳，丁君义，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。