一种傅里叶叠层显微彩色成像方法技术

本发明专利技术公开了一种傅里叶叠层显微彩色成像方法，包括：控制RGB三色二维LED可编程矩阵中不同角度LED灯的点亮；待测样品的出射波传播到单色CMOS上，获取灰色低分辨率的强度图像；重复步骤S1

【技术实现步骤摘要】
一种傅里叶叠层显微彩色成像方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种傅里叶叠层显微彩色成像方法。

技术介绍

[0002]在生物医学领域如数字病理学，血液病学等方面，对于使用显微镜进行病理细胞进行检查的需求日益增加，但是使用传统显微镜进行观察存在观察的分辨率与视场不可兼得的问题。
[0003]傅里叶叠层成像技术(Fourier ptychographic microscopy，FPM)是一种新兴的计算成像技术，该技术可有效地解决传统显微成像领域中观察的分辨率与视场不可兼得的问题。该技术结合了相位恢复和合成孔径的概念，在显微镜平台采集不同角度光照下样品的低分辨率图像，这不同角度的低分辨率图像对应着频域不同的样品频谱信息。然后利用相位恢复和合成孔径的思想将这一系列低分辨率图像在频域里迭代，扩展频域最终恢复出样品的高分辨、大视场的灰度图像。而灰度图像携带的信息是远远不及彩色图像的，在病理细胞观察，医学研究等情况下彩色显微图片都有很重要的作用。
[0004]有资料显示，传统的彩色傅里叶叠层成像技术：需要分别采集红绿蓝(RGB)三种Led灯照射下样品的低分辨率图像，然后分别对其进行高分辨率的图像重建，再合成为高分辨率彩色图像，这种方法的主要缺点是：由于采集的时候需要点亮三种颜色的LED灯所以需要的时间是普通FPM技术的三倍，所获取的数据量也增大了三倍，在重建的时候也需要三倍的时间，所以这种方式是十分的影响重建的效率。并且由于需要采用不同波长的光源，物镜或套筒透镜产生的色差也会影响到图片的质量。
[0005]因此本文提出了一种傅里叶叠层显微彩色成像方法，主要将获取的低分辨率图像由RGB颜色空间转换到lαβ颜色空间，其中l分量表示亮度信息，而αβ分量表示彩色信息。然后对lαβ的图像的l分量进行重建，得到高分辨率的l分量图像。得到的高分辨率l分量图像需要和αβ分量图像进行合成为高分辨的lαβ图片，但是由于αβ分量图片是低分辨率的和l分量图片不匹配，所以本文又提出了一种低分辨率到高分辨率的转换模型将低分辨率的αβ分量图片的转换为高分辨率αβ分量图片。接着将重建得到的l分量图像和高分辨率的αβ分量图像结合得到lαβ图像，再由lαβ颜色空间转换到RGB颜色空间即可得到一种高分辨率的彩色图像。本专利技术提出的彩色化算法使得灰度图像转化为彩色图像，提升了成像结果的观感。
[0006]中国专利文献CN111610623A公开了一种“基于傅里叶叠层的显微成像方法”。采用了点亮环形LED面阵明场区域的灯珠，采集明场图像；依次点亮环形LED面阵暗场区域的灯珠，采集12幅暗场图像。用采集到的明场图像进行图像信息频谱的初始化；用拍摄到的明场图像进行约束，恢复图像的明场频谱信息；用拍摄到的暗场图像进行约束，恢复图像的暗场频谱信息；重复约束过程直到图像收敛。上述技术方案最终恢复出样品的高分辨、大视场的灰度图像，而灰度图像携带的信息是远远不及彩色图像的，在病理细胞观察，医学研究等情况下彩色显微图片都有很重要的作用。

技术实现思路

[0007]本专利技术主要解决原有的技术方案采集重建图像效率低，采用不同波长的光源、物镜或套筒透镜产生的色差影响图片质量的技术问题，提供一种傅里叶叠层显微彩色成像方法，将获取的低分辨率图像由RGB颜色空间转换到lαβ颜色空间，然后对lαβ的图像的l分量进行重建，得到高分辨率的l分量图像，将重建得到的l分量图像和高分辨率的αβ分量图像结合得到lαβ图像，再由lαβ颜色空间转换到RGB颜色空间即可得到一种高分辨率的彩色图像，使得灰度图像转化为彩色图像，提升了成像结果的观感，并且大大缩短了成像时间。
[0008]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本专利技术包括以下步骤：
[0009]S1控制RGB三色二维LED可编程矩阵中不同角度LED灯的点亮；
[0010]S2 RGB三色二维LED可编程矩阵点亮的光传播到待测样品平面并进行传播；
[0011]S3待测样品的出射波传播到单色CMOS上，获取灰色低分辨率的强度图像；
[0012]S4重复步骤S1
‑
S3，分别对RGB三色的LED灯进行不同角度的LED的点亮，从而获取到多幅低分辨率的强度图像；
[0013]S5将获取到的三色低分辨率灰度图像合成为RGB模型的彩色低分辨率强度图像；
[0014]S6将合成的RGB模型的图像转化为lαβ模型的图像；
[0015]S7对lαβ模型中的参数进行处理融合得到lαβ模型的彩色高分辨率图像；
[0016]S8将lαβ模型的彩色高分辨率图像转化为RGB模型的彩色高分辨率图像。
[0017]作为优选，所述的步骤S1先控制RGB三色二维LED可编程矩阵的Led灯为红灯，然后依次从中间到四周以“回”形的方式点亮不同角度的LED灯，记发出光波为其中下标r表示红灯，k
xi
,k
yi
分别表示x和y方向上的波长；在红灯结束后，再控制RGB三色二维LED可编程矩阵的LED灯绿色，记光波为其中下标g表示绿灯；在绿色LED灯点亮完成之后，再控制RGB三色二维LED可编程矩阵的LED灯为蓝色，记光波为其中下标b表示蓝灯。
[0018]作为优选，所述的步骤S2传播过程具体包括：
[0019]S2.1 RGB三色二维LED可编程矩阵点亮的光，传播到待测样品平面，将待测样品的频谱进行搬移；
[0020]S2.2待测样品的出射光进入显微物镜，相当于进行傅里叶变化；
[0021]S2.3通过显微物镜的出射光进入瞳孔光圈，其相当于样品的频谱在傅里叶域进行一次低通滤波；
[0022]S2.4通过瞳孔光圈的出射光只包含了低频部分频谱信息，再通过套筒透镜进行第二次傅里叶变化。
[0023]作为优选，所述的步骤S2.1待测样品使用空间函数O(x,y)表示，光波通过一段空间距离传播到待测样品O(x,y)发生相互作用，产生出射波
[0024]S2.2待测样品的出射波通过显微物镜，进行了傅里叶变化
[0025]S2.3通过显微物镜的光波，由瞳孔光圈的光瞳函数P(x,y)进行低通过滤，所以通过瞳孔的光波只包含截止频率范围内的频谱；
[0026]S2.4瞳孔光圈的出射光只包含了低频部分频谱信息，再通过套筒透镜进行第二次傅里叶变化，将结果记为O
r,fil
(x,y)。
[0027]作为优选，所述的步骤S3灰色低分辨率的强度图像记为I
r,n
或者I
g,n
或者I
b,n
，其中r表示红灯拍的，g表示蓝灯拍的，b表示绿灯拍的，n表示Led矩阵中第几个灯，I
r,n
＝|O
r,fil
(x,y)|2。
[0028]作为优选，所述的步骤S4使用15*15的RGB三色二维LED可编程矩阵，一共有225个角度的Led灯，因此获取到分别基于红灯、绿灯、蓝灯的225*3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种傅里叶叠层显微彩色成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1控制RGB三色二维LED可编程矩阵(1)中不同角度LED灯的点亮；S2 RGB三色二维LED可编程矩阵(1)点亮的光传播到待测样品(3)平面并进行传播；S3待测样品(3)的出射波传播到单色CMOS上，获取灰色低分辨率的强度图像；S4重复步骤S1
‑
S3，分别对RGB三色的LED灯进行不同角度的LED的点亮，从而获取到多幅低分辨率的强度图像；S5将获取到的三色低分辨率灰度图像合成为RGB模型的彩色低分辨率强度图像；S6将合成的RGB模型的图像转化为lαβ模型的图像；S7对lαβ模型中的参数进行处理融合得到lαβ模型的彩色高分辨率图像；S8将lαβ模型的彩色高分辨率图像转化为RGB模型的彩色高分辨率图像。2.根据权利要求1所述的一种傅里叶叠层显微彩色成像方法，其特征在于，所述步骤S1先控制RGB三色二维LED可编程矩阵(1)的Led灯为红灯，然后依次从中间到四周以“回”形的方式点亮不同角度的LED灯，记发出光波为其中下标r表示红灯，k
xi
,k
yi
分别表示x和y方向上的波长；在红灯结束后，再控制RGB三色二维LED可编程矩阵(1)的LED灯绿色，记光波为其中下标g表示绿灯；在绿色LED灯点亮完成之后，再控制RGB三色二维LED可编程矩阵(1)的LED灯为蓝色，记光波为其中下标b表示蓝灯。3.根据权利要求1所述的一种傅里叶叠层显微彩色成像方法，其特征在于，所述步骤S2传播过程具体包括：S2.1 RGB三色二维LED可编程矩阵(1)点亮的光，传播到待测样品(3)平面，将待测样品(3)的频谱进行搬移；S2.2待测样品(3)的出射光进入显微物镜(4)，相当于进行傅里叶变化；S2.3通过显微物镜(4)的出射光进入瞳孔光圈(5)，其相当于样品的频谱在傅里叶域进行一次低通滤波；S2.4通过瞳孔光圈(5)的出射光只包含了低频部分频谱信息，再通过套筒透镜(6)进行第二次傅里叶变化。4.根据权利要求1所述的一种傅里叶叠层显微彩色成像方法，其特征在于，所述步骤S2.1待测样品(3)使用空间函数O(x,y)表示，光波通过一段空间距离传播到待测样品(3)O(x,y)发生相互作用，产生出射波S2.2待测样品(3)的出射波通过显微物镜(4)，进行了傅里叶变化S2.3通过显微物镜(4)的光波，由瞳孔光圈(5)的光瞳函数P(x,y)进行低通过滤，所以通过瞳孔的光波只包含截止频率范围内的频谱；S2.4瞳孔光圈(5)的出射光只包含了低频部分频谱信息，再通过套筒透镜(6)进行第二次傅里叶变化，将结果记为O
r,fil
(x,y)。
5.根据权利要求1所述的一种傅里叶叠层显微彩色成像方法，其特征在于，所述步骤S3灰色低分辨率的强度图像记为I
r,n
或者I
g,n
或者I
b,n
，其中r表示红灯拍的，g表示蓝灯拍的，b表示绿灯拍的，n表示Led矩阵中第几个灯，I
r,n
＝|O
r,fil
(x,y)|2。6.根据权利要求1所述的一种傅...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵巨峰，张培伟，崔光茫，吴小辉，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：