The invention discloses a single-pixel phase imaging method based on Fourier power spectrum detection, which belongs to the field of phase imaging: using partial random Hadama matrix as measurement matrix; using LED array (1) illumination, input Hadama matrix to control the luminescence sequence of its array points; using optical Fourier lens (4) to form a spectral plane (5), and measuring the central complex by a single optical signal detector (6). Combining the power signal, the asymmetric mask is used to eliminate the ghost noise, and the frequency domain compressed sensing reconstruction algorithm and the phase recovery algorithm are used to recover the phase information of the samples. The invention uses Fourier ptychography theory as the basis and compressed sensing theory as the method of reducing the amount of sampled data. It can sample at low sampling rate, significantly reduce the amount of data, and obtain good phase information without halo effect.
【技术实现步骤摘要】
一种基于傅里叶功率谱探测的单像素相位成像方法
本专利技术涉及相位成像领域,特别涉及一种基于傅里叶功率谱探测的单像素相位成像方法。
技术介绍
相位成像技术是在生物学、晶体学中有重要应用的技术。该技术指代一系列获取目标物体相位信息的物理学方法。在生物成像领域,常用于获取未染色样本的结构信息。而在晶体学领域,则常用于X射线探测金属裂纹、硬X射线检测等方向。目前广泛应用的是1935年Zernike提出的相衬方法,虽有大量的改进,仍有如下的问题未能解决:1)Zernike提出的相衬成像方法仍存在着halo效应与shade-off效应等问题,对于样本的观测效果不够良好,目前的改进都未能完全消除这些效应。2)目前成像领域需要采集的数据量仍然十分巨大,降低采样数据量仍旧是一种需求。Fourierptychographicmicroscopy(FPM)是一种基于显微平台的图像超分辨重建的方法,可以有效的克服空间带宽积(spacebandwidthproduct)受限的问题。常见的光学成像平台都会受到空间带宽积的限制,即如果我们观察的视野范围比较广,那么观测物体的放大倍率就会偏小;反之,如果我们观测物体的放大倍率比较大,那么视野的范围就会缩小。而FPM方法很好地解决了这一问题,让我们能够获取广视野、高分辨率的图像,由此,突破了光学成像系统的物理极限。其理论的核心在于使用多角度照明,使得显微镜孔径上的空间频谱发生移动,获得的一系列不同频谱所对应的图像,利用由相位恢复算法衍生的FPM算法,迭代不同频谱下的图像,进而重建频谱。其主要的实现方式便是使用LED作为光源,并利用FPM算法 ...
【技术保护点】
1.一种基于傅里叶功率谱探测的单像素相位成像方法,包括以下几个部分:①测量矩阵,所述测量矩阵为部分随机哈达玛矩阵,要求其对中央频谱以及对角线频谱具有较完整的测量效果,对于一个M行N列的哈达玛矩阵(M<<N),R=M/N是其所对应的采样率。②以LED阵列(1)作为照明光源,所述LED阵列(1)的核心功能在于提供多角度的照明,并方便计算机编程控制;所述LED阵列(1)通过输入所述哈达玛矩阵进行发光控制;第一次测量要求使所述LED阵列(1)的全部阵点发光,这样的一次对样本(3)的照明操作将给出一个预测量信号。③以非对称蒙版,对样本进行遮罩,由于相位恢复的求解过程并不一定能够收敛到全局最优解上,同时由于频谱相位的缺失、频谱本身拥有一定程度的对称性,导致相位恢复过程会收敛到完全不同的方向,发生重影干扰。所述非对称蒙版的作用就是消除对称性所造成的收敛方向差异,使得收敛过程向着单一的方向进行,排除重影干扰。④利用傅里叶透镜(4)将透过样本(3)的光场进行傅里叶变换,频谱面(5)的中心由单个光信号探测器(6)测量获得复合的功率值信号,根据Fourier ptychography理论,所述LED阵列(1 ...
【技术特征摘要】
1.一种基于傅里叶功率谱探测的单像素相位成像方法,包括以下几个部分:①测量矩阵,所述测量矩阵为部分随机哈达玛矩阵,要求其对中央频谱以及对角线频谱具有较完整的测量效果,对于一个M行N列的哈达玛矩阵(M<<N),R=M/N是其所对应的采样率。②以LED阵列(1)作为照明光源,所述LED阵列(1)的核心功能在于提供多角度的照明,并方便计算机编程控制;所述LED阵列(1)通过输入所述哈达玛矩阵进行发光控制;第一次测量要求使所述LED阵列(1)的全部阵点发光,这样的一次对样本(3)的照明操作将给出一个预测量信号。③以非对称蒙版,对样本进行遮罩,由于相位恢复的求解过程并不一定能够收敛到全局最优解上,同时由于频谱相位的缺失、频谱本身拥有一定程度的对称性,导致相位恢复过程会收敛到完全不同的方向,发生重影干扰。所述非对称蒙版的作用就是消除对称性所造成的收敛方向差异,使得收敛过程向着单一的方向进行,排除重影干扰。④利用傅里叶透镜(4)将透过样本(3)的光场进行傅里叶变换,频谱面(5)的中心由单个光信号探测器(6)测量获得复合的功率值信号,根据Fourierptychography理论,所述LE...
【专利技术属性】
技术研发人员:周文远,史秋帅,惠王伟,田建国,
申请(专利权)人:南开大学,
类型:发明
国别省市:天津,12
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