基于二幅和拟合全息图的白细胞相位高效恢复方法技术

本发明专利技术属于数字全息技术领域，具体涉及一种基于二幅和拟合全息图的白细胞相位高效恢复方法，其包括：采集二幅随机相移全息图；根据二幅随机相移全息图获取背景光强；对二幅随机相移全息图进行相加或相减运算；根据二幅随机相移全息图估算相移；构建拟合全息图；获取相位和相移直至满足相移迭代收敛条件；以及获取白细胞高精度相位，能够高精快速恢复白细胞样品相位，实现细胞高效相位成像，应用面广，有较强实用价值。强实用价值。强实用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于二幅和拟合全息图的白细胞相位高效恢复方法


[0001]本专利技术属于数字全息
，具体涉及一种基于二幅和拟合全息图的白细胞相位高效恢复方法。

技术介绍

[0002]细胞是生命活动的基本单位，其中白细胞在人体免疫功能中扮演着重要的作用。研究白细胞结构及其亚结构有着重要的科学意义。由于其具有可定量、非接触、高精度和无损伤成像的特点，数字全息术在生物细胞、光学元件、微纳器件和微球等的表面微貌测量领域中得到了广泛的应用研究，已成为细胞相位显微成像的一个新标杆。
[0003]当前，移相技术已经在单波长数字全息术和双波长数字全息术中得到了广泛应用。在相移数字全息中，其相位恢复精度一般取决于由移相器所产生相移的精度。但是，由于移相器易受到机械振动、环境扰动和校准误差的影响，实际相移值可能与理论预设值不同，导致相位恢复精度不高。为了解决这一问题，国内外学者提出了众多相位恢复方法，例如二步、三步、四步、五步相位恢复方法等。其中，二步相位恢复方法由于不仅可以解决相位模糊问题，而且放宽了对移相器的校准和精确度要求，并增强了对环境因素的鲁棒性，受到了国内外学者的青睐。例如，提出了一种基于傅立叶变换的二步相位恢复方法，可以从两幅具有未知相移的全息图中提取相位，但是该方法对噪声干涉条纹图敏感；提出了一种使用正则化光流方法的二步相位恢复方法，然而，由于使用Gauss
–
Seidel方法进行迭代相位提取，导致该方法非常耗时；提出了一种基于Gram
‑
Schmidt正交归一化的二步相位提取方法，由于使用二步近似相位提取方法，进而影响其相位提取的准确性；提出了一种基于掩模估算相移的二步相位提取方法，但该方法可能无法处理噪声全息图。虽然上述二步相位提取方法都是令人满意的相位提取方法，但是与基于最小二乘迭代算法的相位提取方法相比，它们的相位提取精度还不够高。
[0004]因此，基于上述技术问题需要设计一种新的基于二幅和拟合全息图的白细胞相位高效恢复方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于二幅和拟合全息图的白细胞相位高效恢复方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于二幅和拟合全息图的白细胞相位高效恢复方法，包括：
[0007]采集二幅随机相移全息图；
[0008]根据二幅随机相移全息图获取背景光强；
[0009]对二幅随机相移全息图进行相加或相减运算；
[0010]根据二幅随机相移全息图估算相移；
[0011]构建拟合全息图；
[0012]获取相位和相移直至满足相移迭代收敛条件；以及
[0013]获取白细胞高精度相位。
[0014]进一步，所述采集二幅随机相移全息图的方法包括：
[0015]I
1n
(x,y)＝a
n
(x,y)+b
n
(x,y)cos[Φ
n
(x,y)]；
[0016]I
2n
(x,y)＝a
n
(x,y)+b
n
(x,y)cos[Φ
n
(x,y)+δ]；
[0017]其中，a
n
为第n个像素的背景光强；b
n
为第n个像素的调制幅值和；Φ
n
为第n个像素的白细胞样品待测相位；N为随机相移全息图中像素总数；x、y为空间坐标；δ为随机相移值。
[0018]进一步，所述根据二幅随机相移全息图获取背景光强的方法包括：
[0019]从采集到的二幅随机相移全息图中过滤出背景光强；
[0020]a
1n
＝real{IFFT[FFT(I
1n
)H(u,v)]}；
[0021]a
2n
＝real{IFFT[FFT(I
2n
)H(u,v)]}；
[0022][0023]其中，a
1n
为I
1n
的背景光强；a
2n
为I
2n
的背景光强；FFT为傅里叶变换；IFFT为傅里叶逆变换；H(u,v)为滤波函数；real为实部；c为调控滤波函数形状的参数；D0为滤波函数的截止频率；D(u,v)为点在(u,v)上的频率；u、v为坐标；
[0024]过滤出背景光强的二幅随机相移全息图为：
[0025][0026][0027]进一步，所述对二幅随机相移全息图进行相加或相减运算的方法包括：
[0028][0029][0030]其中，D
sub
为二幅随机相移全息图相减运算的结果；D
add
为二幅随机相移全息图相加运算的结果。
[0031]进一步，所述根据二幅随机相移全息图估算相移的方法包括：
[0032][0033]其中，||D
sub
||为D
sub
的二范数；||D
add
||为D
add
的二范数；
[0034]当全息图中的条纹数超过1时，
[0035]则
[0036]相移的估算结果δ为：
[0037][0038]进一步，所述构建拟合全息图的方法包括：
[0039][0040]其中，拟合全息图I
3n
对应的相移为
[0041]进一步，所述获取相位和相移直至满足相移迭代收敛条件的方法包括：
[0042]利用最小二乘法获取相位；
[0043]背景光强和调制幅值不在随机相移全息图之间进行变化，且A
n
＝a
n
，
[0044]B
n
＝b
n cosΦ
n
和C
n
＝
‑
b
n sinΦ
n
，则
[0045][0046]其中，m＝1,2,
…
,M,M＝3是相移全息图数；
[0047]白细胞样品待测相位Φ
n
的恢复为：
[0048]Φ
n
＝arctan(
‑
C
n
/B
n
)。
[0049]进一步，所述获取相位和相移直至满足相移迭代收敛条件的方法还包括：
[0050]利用最小二乘法获取相移；
[0051]背景强度和调制幅值不在每幅全息图中的像素间进行变化，并且A
m
＝a
n
,B
m
＝b
n cosδ
m
和C
m
＝
‑
b
n
sinδ
m
，则
[0052][0053]相移为：
[0054]δ
m
＝arctan(
‑
C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二幅和拟合全息图的白细胞相位高效恢复方法，其特征在于，包括：采集二幅随机相移全息图；根据二幅随机相移全息图获取背景光强；对二幅随机相移全息图进行相加或相减运算；根据二幅随机相移全息图估算相移；构建拟合全息图；获取相位和相移直至满足相移迭代收敛条件；以及获取白细胞高精度相位。2.如权利要求1所述的基于二幅和拟合全息图的白细胞相位高效恢复方法，其特征在于，所述采集二幅随机相移全息图的方法包括：I
1n
(x,y)＝a
n
(x,y)+b
n
(x,y)cos[Φ
n
(x,y)]；I
2n
(x,y)＝a
n
(x,y)+b
n
(x,y)cos[Φ
n
(x,y)+δ]；其中，a
n
为第n个像素的背景光强；b
n
为第n个像素的调制幅值和；Φ
n
为第n个像素的白细胞样品待测相位；N为随机相移全息图中像素总数；x、y为空间坐标；δ为随机相移值。3.如权利要求2所述的基于二幅和拟合全息图的白细胞相位高效恢复方法，其特征在于，所述根据二幅随机相移全息图获取背景光强的方法包括：从采集到的二幅随机相移全息图中过滤出背景光强；a
1n
＝real{IFFT[FFT(I
1n
)H(u,v)]}；a
2n
＝real{IFFT[FFT(I
2n
)H(u,v)]}；其中，a
1n
为I
1n
的背景光强；a
2n
为I
2n
的背景光强；FFT为傅里叶变换；IFFT为傅里叶逆变换；H(u,v)为滤波函数；real为实部；c为调控滤波函数形状的参数；D0为滤波函数的截止频率；D(u,v)为点在(u,v)上的频率；u、v为坐标；过滤出背景光强的二幅随机相移全息图为：过滤出背景光强的二幅随机相移全息图为：4.如权利要求3所述的基于二幅和拟合全息图的白细胞相位高效恢复方法，其特征在于，所述对二幅随机相移全息图进行相加或相减运算的方法包括：所述对二幅随机相移全息图进行相加或相减运算的方法包括：
其中，D
sub
为二幅随机相移全息图相减运算的结果；D
add
为二幅随机相移全息图相加运算的结果。5.如权利要求4所述的基于二幅和拟合全息图的白细胞相位高效恢复方法，其特征在于，所述根据二幅随机相移全息图估算相移的方法包括：其中，||D
sub
||为D
sub
的二范数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洁，徐小青，陈吉丽，唐礼浩，倪语丹，刘浩琦，王利群，
申请(专利权)人：常州机电职业技术学院，
类型：发明
国别省市：