一种基于相位编码单透镜的显微成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相位编码单透镜的显微成像方法，只采用一片具有相位编码功能的单透镜进行成像，结合后续处理算法，可实现与现有精密商用显微镜相当的显微成像分辨能力，适用于野外条件下便携地进行生物组织和细胞检测。首先成像系统采用一片具有两个非球面面型的相位编码单透镜对生物样本进行成像，图像传感器位于G光照明下的生物样品的共轭位置，用于图像的采集；然后采用算法对采集到的图像进行处理：分别对采集到的图像在R\B两个通道执行自动聚焦算法，重建恢复出R\B两个通道的准焦图像；对R\G\B三个通道的准焦图像分别采用已经训练好的生成对抗神经网络(GAN)的核函数进行高分辨图像重建；最后将重建后的R\G\B图像进行图像匹配和彩色融合。

A micro imaging method based on phase coded single lens

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位编码单透镜的显微成像方法
本专利技术属于显微成像领域，具体涉及一种基于相位编码单透镜的显微成像方法。
技术介绍
目前对微观世界观察的常用的检测手段之一就是利用显微镜对采集到的生化样品进行直观的检测，例如相衬显微镜、微分干涉相衬显微镜、荧光显微镜、激光共聚焦显微镜，促进了生命科学研究水平的提高，以更高的分辨率和成像质量为疾病诊断，尤其是重大恶性疾病的早期诊断提供了有力的影像学依据，但是它们通常价格高昂，且体积较大、较为笨重，不利于在野外使用。随着时代的发展，移动医疗和环保领域的野外生化检测对便携式生化检测和数据分析的设备的需求越来越大。实现显微设备的体积小型化、成本低廉化、操作简便化，必然能够大大降低医疗检测的门槛，为资源条件有限的地区的医疗检测、农业和环境保护领域的野外实时生化检测提供便利和实时精准的测量。近年来，为了追求简化照明与成像光路，抛弃昂贵笨重的光学镜头及光路结构的目标，单透镜成像的概念逐渐被科研人员提起。单透镜显微成像技术能够大大降低显微镜的成本，同时为整体系统的小型化、轻量化提供更多可能性。目前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相位编码单透镜的显微成像方法，其特征在于，步骤如下：/n第一步、选取若干生物样本(4)，包括训练样本和测试样本，搭建成像系统，所述成像系统包括沿光路依次设置白光LED光源(1)、空间滤波器(2)、移动载物台(3)、相位编码单透镜(5)、图像传感器(6)；其中，生物样本(4)设置在移动载物台(3)上，图像传感器(6)位于G光照明下的生物样本(4)的共轭位置；点亮白光LED光源(1)产生光线，光线通过空间滤波器(2)入射到生物样本(4)上，再经相位编码单透镜(5)成像并由图像传感器(6)采集图像；不断更换生物样本(4)，重复上述步骤采集生物样本(4)图像；/n第二步、利用自动聚焦算法对...

【技术特征摘要】
1.一种基于相位编码单透镜的显微成像方法，其特征在于，步骤如下：
第一步、选取若干生物样本(4)，包括训练样本和测试样本，搭建成像系统，所述成像系统包括沿光路依次设置白光LED光源(1)、空间滤波器(2)、移动载物台(3)、相位编码单透镜(5)、图像传感器(6)；其中，生物样本(4)设置在移动载物台(3)上，图像传感器(6)位于G光照明下的生物样本(4)的共轭位置；点亮白光LED光源(1)产生光线，光线通过空间滤波器(2)入射到生物样本(4)上，再经相位编码单透镜(5)成像并由图像传感器(6)采集图像；不断更换生物样本(4)，重复上述步骤采集生物样本(4)图像；
第二步、利用自动聚焦算法对第一步采集到的生物样本图像标定每个生物样本图像的R通道的离焦图像I′R的离焦距离和B通道的离焦图像I′B的离焦距离，在分别得到对应的离焦距离后，以该离焦距离为参数，基于菲涅尔标量衍射方法，分别重建R通道的准焦图像IR和B通道的准焦图像IB；
第三步、使用与第一步中采用的成像系统等倍率的商用显微镜在同样的条件下对同样的生物样本(4)进行图像采集，令采集到图像的R、G、B通道图像分别为CR、CG和CB，将CG与由第一步得到的G通道的准焦图像IG进行图像匹配得到图像对PG，将CR和CB分别与由第二步得到的R通道的准焦图像IR和B通道的准焦图像IB进行图像匹配得到图像对PR和PB，其中PG、PR和PB分别包含了训练图像对和测试图像对；
第四步、利用第三步产生的训练图像对PG、PR和PB，分别对生成对抗神经网络进行训练得到三个不同的图像解码核函数，得到训练好的生成对抗神经网络后，将由第三步得到的测试图像对PG、PR和PB中的IG、IR和IB分别输入其中进行图像解码，得到高分辨率的G通道、R通道和B通道图像；
第五步、利用图像匹配算法对第四步得到的高分辨率R通道、G通道和B通道图片进行位置、倍率匹配，再将匹配后的图片进行彩色融合，最终得到高分辨的RGB彩色图像。


2.根据权利要求1所述的基于相位编码单透镜的显微成像方法，其特征在于：第一步中，所述空间滤波器(2)采用小孔或多模光纤，用于提高光源的空间相干性。


3.根据权利要求1所述的基于相位编码单透镜的显微成像方法，其特征在于，第一步中，所述相位编码单透镜(5)的典型特征是：调制传递函数对所有的视场的信息具有一致性，保证成像系统是线性信号系统，且截止频率较高，即调制传递函数的首个“零点”对应的频率值较大，保证更多的信息能够“穿过”单透镜，最终被图像传感器(6)采集。


4.根据权利要求1所述的基于相位编码单透镜的显微成像方法，其特征在于，第一步中，所述相位编码单透镜(5)的两个非球面面型的表达式如下：



其中，Z为非球面上所有坐标点的集合，为x-y坐标面上的半径，c为非球面曲率，k是非球面系数，α1，α2，α3，α4，α5是高阶项系数。

【专利技术属性】
技术研发人员：卞殷旭，占林，沈华，张超，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32