一种基于fpm算法的图像超分辨率重建的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于显微成像领域，特别是设及一种基于FPM算法的图像超分辨率重建的 方法。 技术背景
[0002] 空间带宽积SBP(spacebandwi化hpro化ct)决定了图像最低必须分辨的像素数， 增加空间带宽积SBP，必须在分辨率与视野范围F0V(fieldofview)中做出选择，也就是说 要使观察视野范围比较广，那么观测物体的放大倍数就会偏小，分辨率相对较低；反之，如 果观测放大倍数比较大，分辨率较高，那么视野的范围就会缩小。Fourierptychographic microscopy(FPM)是一种基于显微镜平台的图像超分辨率重建的方法，很好地解决了运一 问题，让我们在获得广视野的同时获得高的分辨率，由此，突破了光学成像系统的物理限 制。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于改进传统的FPM算法，提出了一种基于FPM算法的图像超分辨 率重建的方法。
[0004] 为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
[0005] -种基于FPM算法的图像超分辨率重建的方法，包括如下步骤：
[0006] (1)控制LED阵列中不同的LED逐点发光产生不同角度的光照，用FPM平台的成 像装置选择当前发光的LED对应的曝光时间采集得到不同角度的光照下的低分辨率图像 gi(x，y);
[0007] 似基于不同角度的光照下所得到的图像在空间角度上的变化对应于该图像的频 谱在频域上的偏移，利用相位恢复算法W及合成孔径的思想，由采集到的多张低分辨率图 像通过迭代得到一张高分辨率图像。
[0008] 本发明的优点在于：合成孔径思想的运用是基于一个假设：空间光照角度的变化 体现为频谱上的不同区域的，则不同的频域将会达到相机的CCD上，在整个过程中的将不 同频域"叠加"（不是完全的叠加，见具体实施例的描述）则可W使通过物镜的截止频率的 范围扩大。本发明是一种频域重叠区域加权替换的FPM算法，充分利用了采集到的每张低 分辨率图像的相位信息，将原有的FPM算法中频域重叠区域的替换算法进行了改进，将频 域重叠区域的替换抽象成求解最优解权值的问题，提高了算法的重建效果。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明优选实施例中的FPM实验原理图。
[0010] 图2是本发明优选实施例中的举例说明的S个子区域及重叠区域的示意图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012] 本发明提供一种基于FPM算法的图像超分辨率重建的方法，在【具体实施方式】中， 包括如下步骤：
[001引 （1)控制LED阵列中不同的LED逐点发光产生不同角度的光照，用FPM平台的成 像装置选择当前发光的LED对应的曝光时间采集得到不同角度的光照下的低分辨率图像 gi(x，y);
[0014] (2)基于不同角度的光照下所得到的图像在空间角度上的变化对应于该图像的频 谱在频域上的偏移，利用相位恢复算法W及合成孔径的思想，由采集到的多张低分辨率图 像通过迭代得到一张高分辨率图像。
[0015] 在一个优选的实施例中，一种基于FPM算法的图像超分辨率重建的方法包括W下 步骤：
[0016] (1)控制LED阵列中不同的LED逐点发光产生不同角度的光照，用FPM平台的成 像装置选择当前发光的LED对应的曝光时间采集得到不同角度的光照下的低分辨率图像 gi(X，y)。其中，在该优选的实施例中，具体地，该FPM平台包括显微镜，显微镜设置有相机 (即成像装置），显微镜的光源采用可编程的LED阵列，L邸阵列的规模为32*32,LED阵列 的相邻两个L邸之间的距离为4mm，L邸阵列与载物台之间的距离一般选择7~8cm。该 FPM平台主要是基于显微镜，相比于传统显微镜，在光源位置放置了一个可编程LED阵列来 代替原有的光源。
[0017] 具体来说，利用计算机控制L邸阵列的发光和相机的图像采集，实验原理如图1所 示，其中，基于不同角度的光照下所得到的图像在空间角度上的变化对应于该图像的频谱 在频域上的偏移，偏移量为：
[0018]
[0019]其中，A表示L邸照射光的波长，X。，y。对应的是中屯、LED的坐标，X 1，对应于包 括中屯、L邸在内的某个LED的坐标，d表示光源到样本间的距离。
[0020] I、校准LED的位置，确定LED阵列中各个LED对应的相机曝光时间。
[0021] ①确定中屯、LED(中屯、LED为样本正下方的LED)的位置：固定一个曝光时间，在 L邸阵列上选定水平方向的某一行L邸灯逐点发光，用相机采集每一张图像，根据采集到的 图像的明、暗场分布，估计中屯、LED的横（水平）坐标，W及中屯、LED的纵（垂直）坐标。
[0022] ②确定不同区域的曝光时间：选定几个不同的曝光时间，LED阵列上的灯逐点发 光，用相机采集每一张图像，筛选每个LED对应的图像，确定每个LED对应需要的曝光时间； 主要的原则是：a)在保证基本保留了图像信息的前提下，选择曝光时间尽可能短的；b)与 中屯、L邸的距离相同的L邸所需要的曝光时间应该相同。其中，选定2-3个不同的曝光时间 较佳，本例中，对于W中屯、L邸为中屯、的7*7个LED(表示为区域A)选取同一个曝光时间， 剩下的LED(表示为区域B)选取同一个曝光时间，曝光时间的选择应满足W下条件：a)在 保证区域A或区域B中离中屯、LED最远的LED点亮时采集到的图像基本保留了图像信息， 且离中屯、L邸最近的LED点亮时采集到的图像不过曝的前提下选择曝光时间尽可能短的； b)与中屯、L邸距离相等的L邸所需要的曝光时间应该相同。
[0023]II、采集低分辨率图像：用计算机控制L邸阵列中L邸逐点发光，同时相机选取对 应的曝光时间来采集图像。
[0024] 似基于不同角度的光照下所得到的图像在空间角度上的变化对应于该图像的频 谱在频域上的偏移，利用相位恢复算法W及合成孔径的思想，由采集到的多张低分辨率图 像通过迭代得到一张高分辨率图像。具体的频域重叠区域加权替换的FPM算法如下：
[002引 （21)对结果（即需要得到的高分辨率图像）进行初始的猜测^^^61'(>>^。
[002引 倘）对初始猜测进行傅立叶变换得：Fhei心h。
[0027]似）在傅立叶域（频域）中选取一子区域F;ub卢Fsub，进行反傅立叶变换得到 V节eWi，其中，选取的子区域是WMXk。为半径的一个圆域，其中，k〇=23i/A，A表示LED发出的光的波长，NA为所述FPM平台中的物镜的数值孔径。
[002引（24)用采集到的低分辨率图像的幅值枯替换八谓到新的低分辨率图像 晰，。
[0029] (25)对新的低分辨率图像进行傅立叶变换得到Fmgj心，并用其替换傅立叶域中 的对应子区域FsubgjWEs*。
[0030] (26)对于剩下的不同角度照射下采集到的数据，重复步骤（23)至步骤（25)操 作；
[0031] (27)对于需要得到的高分辨率图像的频谱而言，其频谱中每一个点的值等于包 含该点的所有子区域卢Psubi在该点处的值的一个平均值，其中，i= 1，2, 3'''.n，n表 示包含该点的子区域的数量。例如，假设一个点为A，如果该点被3个子区域所包含（即 3个子区域均