基于部分傅里叶空间的显微成像方法

基于部分傅里叶空间的显微成像方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于部分傅里叶空间的显微成像方法，其包括步骤：S1，对样本进行多角度光照显微图像采集，步骤S1包括采集样本的中央图像及设定范围内的半个光照矩阵照明所得的多个图像；S2，用PFPM法的迭代过程得到整个高分辨率图像，步骤S2包括步骤：对中央图像处理得到傅里叶空间的迭代起始图；根据迭代起始图对多个图像逐一进行迭代更新以完成一轮迭代；重复若干轮迭代以得到高分辨率图像的傅里叶空间；根据高分辨率图像的傅里叶空间及利用傅里叶变换的共轭对称性填充所缺数据以生成整个高分辨率图像。上述基于部分傅里叶空间的显微成像方法可达到提高迭代速度的目的，这拓展了基于部分傅里叶空间的显微成像方法的应用范围。
【专利说明】
基于部分傅里叶空间的显微成像方法
技术领域
[0001] 本发明涉及于成像领域，更具体而言，涉及一种基于部分傅里叶空间的显微成像 方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技发展，人们对探测微细尺度不同性质生物结构的需求越来越大，而传统 光学显微镜受到衍射极限限制，导致分辨率有限。在此需求下，超分辨率显微技术应运而 生。
[0003] 其中一种超分辨率显微技术称为傅里叶叠层成像显微技术FPM( Fourier Ptychography Microscopy，下称FPM法）。这种技术只要在传统光学显微镜上做出简单改 良，就可以获得超分辨率图像。该技术最初由Guoan Zheng在20 13年发表于Nature Pho ton i c s杂志上。该方法的原理是，将显微镜光源替换为LED矩阵，依次点亮LED矩阵，对样 本进行多角度照明，获取多张不同角度LED照明下的低分辨率图像。之后再对这一组多张低 分辨率图像进行迭代优化，获得一张广视野的高分辨率显微图像。FPM法同时满足了对广视 野和高分辨率图像的需求，并且成本低，方法简易，通用性强，样本适应范围广，只需要LED 板配合普通显微镜进行相机采集即可满足需求。拥有很强的拓展平台和后续开发潜力。
[0004] 然而，目前FPM法仍然存在着若干问题，限制了这一方法的应用。最主要的是方法 耗时问题。为了提高分辨率，FPM法需要大量不同角度LED照明下的低分辨率图像，而在照明 角度较大时，由于LED光强有限，需要更长的曝光时间，这些因素导致了FPM法需要花费相当 多的时间在采集低分辨率图像上，影响了得到单张高分辨率图像的速度，也制约了这个方 法的广泛应用。

【发明内容】

[0005] 本发明实施方式旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明实 施方式需要提供一种基于部分傅里叶空间的显微成像方法。
[0006] 根据本发明实施方式的一种基于部分傅里叶空间的显微成像方法，包括步骤： [0007] S1，对样本进行多角度光照显微图像采集，该步骤S1包括采集该样本的中央图像 及设定范围内的半个光照矩阵照明所得的多个图像；
[0008] S2，用PFPM法的迭代过程得到整个高分辨率图像，该步骤S2包括步骤：
[0009] 对该中央图像处理得到傅里叶空间的迭代起始图；
[0010] 根据该迭代起始图对该多个图像逐一进行迭代更新以完成一轮迭代；
[0011] 重复若干轮迭代以得到高分辨率图像的傅里叶空间；
[0012] 根据该高分辨率图像的傅里叶空间及利用傅里叶变换的共辄对称性填充所缺数 据以生成该整个高分辨率图像。
[0013] 本发明实施方式的基于部分傅里叶空间的显微成像方法中，由于是采集设定范围 内的半个光照矩阵照明所得的多个图像，这使得需要采集的图像数量减少并且利用傅里叶 变换的共辄对称性填充所缺数据以生成该整个高分辨率图像，这达到了提高迭代速度的目 的，及同时拓展了基于部分傅里叶空间的显微成像方法的应用范围。
[0014] 在某些实施方式中，所述采集该样本的该中央图像及设定范围内的半个光照矩阵 照明所得的该多个图像，包括步骤：
[0015] 在采集过程中，点亮该光照矩阵正对该样本的中心光源，以采集该中央图像;及
[0016] 依次点亮对应位置的该光照矩阵的光源以采集所需的该多个图像。
[0017] 在某些实施方式中，该迭代起始图包括该中央图像的傅里叶空间的实部迭代起始 图S0u_r及虚部迭代起始图S0u_i，所述对该中央图像处理得到该傅里叶空间的迭代起始 图，包括步骤:在迭代起始阶段，将该中央图像进行实部和虚部的分离后，分别生成傅里叶 空间的该实部迭代起始图S0u_r和该虚部迭代起始图S0u_i。
[0018] 在某些实施方式中，所述根据该迭代起始图对该多个图像逐一进行迭代更新以完 成一轮迭代，包括步骤:对采集的该多个图像进行强度校正的前处理，对总能量较高的图像 优先迭代处理。
[0019] 在某些实施方式中，所述根据该迭代起始图对该多个图像逐一进行迭代更新以完 成一轮迭代，包括步骤：
[0020] S23,将该实部迭代起始图S0u_r及该虚部迭代起始图S0u_i取出更新块对应的位 置，各自与光瞳函数Pn(U)相乘，分别得到被更新位置经光瞳滤波后的傅里叶空间块Φ?(1!) 和 Φ in(U):
[0021] Φ rn(u) =Pn(u)Sr(u-Un)；
[0022] Φ in(u) =Pn(u)Si(u-Un)；
[0023] S24，将Φ rn(u)和Φ in(u)反变换到图像域，得到对应的实部空域块图像Φ rn(r)和 虚部空域块图像〇in(r);
[0024] S25,根据采集的对应位置的图像校正实部和虚部的空域块图像，得到校正后的实 部空域块图像Φ、0-)和虚部空间块图像?in(r):
[0025]
[0026]
[0027]其中，1。"代表采集到的图像的灰度值，Itn代表变换到空域的图像的灰度值；
[0028] S26,将校正后的实部空域块图像Φ 'rn(r)和虚部空域块图像Φ 'in(r)变换回傅里 叶空间，得到校正后的实部傅里叶空间块图像Φ、(11)和虚部傅里叶空间块图像Φ 'ln(u);
[0029] S27,利用校正后的实部、虚部傅里叶空间块图像、(ιι)、Φ \n(u)和光瞳函数Pn (u)，计算该实部迭代起始图S0u_r和该虚部迭代起始图5〇11_;[各自应有的图像更新块Sr,n+i (u)和5^+1(11)，51"+1(11)及5^+1(11)分别代表高分辨率傅里叶空间中的一个更新小块；
[0030] 更新式如下：
[0031]
[0032]
[0033] α是系数；
[0034] S28,将图像更新块Sr,n+1(u)和Si,n+1(u)分别写入对应的高分辨率傅里叶空间实部 Sr(u)和虚部Sdu)，并记录空间内各点的更新次数；
[0035] S29,对光瞳函数Pn(u)进行更新；
[0036] 更新式如下：
[0037]
[0038]
[0039] Pn+1(u)代表更新后的光瞳函数，β是系数；
[0040] S210,根据步骤S28中空间内各点的更新次数调整傅里叶空间的权重；
[0041] S211，重复步骤S23-S210,使采集到的该多个图像中的每个图像均被更新过，以此 完成一轮迭代。
[0042] 在某些实施方式中，所述重复若干轮迭代以得到高分辨率图像的傅里叶空间，包 括步骤：
[0043] S212,重复若干轮迭代，获得实部和虚部各自的高分辨率图像傅里叶空间；
[0044] S213,将该实部和虚部各自的高分辨率图像傅里叶空间组合起来以得到该高分辨 率图像的傅里叶空间。
[0045] 在某些实施方式中，所述的基于部分傅里叶空间的显微成像方法，还包括步骤：
[0046] S3,显示与输出该整个高分辨率图像。
[0047] 本发明实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的 描述中变得明显，或通过本发明实施方式的实践了解到。
【附图说明】
[0048] 本发明实施方式的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描 述中将变得明显和容易理解，其中：
[0049] 图1是根据本发明实施方式的基于部分傅里叶空间的显微成像方法的流程示意 图；
[0050]图2是配合本发明实施方式的基于部分傅里叶空间的显微成像方法的光学系统的 结构示意图；
[0051]图3是根据本发明实施方式的基于部分傅里叶空间的显微成像方法的算法示意 图；
[0052]图4是根据本发明实施方式的基于部分傅里叶空间的显微成像方法的图像处理示 意图；
[0053]图5是根据本发明实施方式的基于部分傅里叶空间的显微成像方法的另一流程示 意图；
[0054] 图6是根据本发明实施方式的基于部分傅里叶空间的显微成像方法所得到的图像 与其它方法所得的图像的比较示意图。
【具体实施方式】
[0055] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0056] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能 理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第 一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述 中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0057] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可 以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间 接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术 人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0058] 下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了 简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并 且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母， 这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的 关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以 意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0059]请参图1，本发明实施方式提供的一种基于部分傅里叶空间的显微成像方法，包括 步骤：
[0060] S1，对样本进行多角度光照显微图像采集，该步骤S1包括采集该样本的中央图像 及设定范围内的半个光照矩阵照明所得的多个图像；
[0061 ] S2，用PFPM法的迭代过程得到整个高分辨率图像，该步骤S2包括步骤：
[0062]对该中央图像处理得到傅里叶空间的迭代起始图；
[0063]根据该迭代起始图对该多个图像逐一进行迭代更新以完成一轮迭代；
[0064]重复若干轮迭代以得到高分辨率图像的傅里叶空间；
[0065] 根据该高分辨率图像的傅里叶空间及利用傅里叶变换的共辄对称性填充所缺数 据以生成该整个高分辨率图像。
[0066] 因此，本发明实施方式的基于部分傅里叶空间的显微成像方法中，由于是采集设 定范围内的半个光照矩阵照明所得的多个图像，这使得需要采集的图像数量减少并且利用 傅里叶变换的共辄对称性填充所缺数据以生成该整个高分辨率图像，这达到了提高迭代速 度的目的，及同时拓展了基于部分傅里叶空间的显微成像方法的应用范围。
[0067] 具体地，本发明实施方式中，显微成像方法所需的数据采集可由如图2所示的光学 系统完成。在图2所不的方位自下而上，该光学系统包括光源(如LED板）、样本、物镜、传输光 路及相机等几部分。除了光源为LED板之外，传输光路和普通的三目光学显微镜相同。
[0068]其中，LED板用于提供不同角度的照明并形成光照矩阵，相机(如包括图像传感器 CCD)位于光学显微镜的观察口，用于拍摄以采集图像。光学系统的物镜为低倍镜。
[0069]在步骤S1中，这里的图像采集过程为多次采集单张显微图像的总和，需要满足以 下基本的要求：1、所有被采集的图像位于同一水平面上，在采集期间，除光源照射角度不 同，曝光时间可能不同外，光路不变，参数不变。以此防止其他因素干扰迭代影响最终结果； 2、最后所得图像的分辨率与采集到的图像的最大偏转角有关，因此想获得相对高分辨率的 图像时，采集的角度要足够多；3、采集的图像需要包含光照矩阵的中央图像，这是由于算法 需要保留中央图像作为迭代起始值;4、采集的图像需要包含中央一行(或列)LED的图像，及 设定范围内的半个光照矩阵照明所得的图像，这是为了保留充分的数据以供还原高分辨率 图像。例如，若使用13x13的LED矩阵照明，则需采集7行或7列LED照明时的图像数据。
[0070]因此，在某些实施方式中，所述采集该样本的该中央图像及设定范围内的半个光 照矩阵照明所得的该多个图像，包括步骤：
[0071] 在采集过程中，点亮该光照矩阵正对样本的中心光源，以采集该中央图像;及
[0072] 依次点亮对应位置的该光照矩阵的光源以采集所需的该多个图像。
[0073] 具体地，例如，对于13x13的LED矩阵照明，则共采集到1张中央图像及6张其它图 像，中央图像对应于第7列或第7列的LED发光时所采集到的图像。
[0074] 在步骤S2中，PFPM为Partial Fourier space based Fourier Ptychographic Microscope的简称，中文可称为:基于部分傅里叶空间的傅里叶显微成像技术。
[0075]以下就在PFPM法中，涉及的基本量进行简要描述：
[0076] 将薄样本传递函数记作s(r)，r代表空域坐标(x，y)。第η个LED发出的平面波记作 61口（；[1]11*1')，则通过样本后的出射光为6 11(1') = 8(1')61口（；[1]11*1')。在相机平面得到的波函 数为= e"(r)? p(Y)，其中p ( r )为点扩散函数。而相机平面采集到的强度值 4HeJr)(g)p(r)|2 . α
[0077] 在此基础上，将样本传递函数和点扩散函数的二维傅里叶变换记作S(u)=F(s (r))，P(u)=F(p(r))，则相机平面上，而相机平面采集到的强度值（即光波的幅值)的傅里 叶变换应该是1?^7 = 5(11-1!.,〕{(11)^代表傅里叶空间下的坐标，1]11是第11个1^0入射的平面 波，BPexp(iU n · r)。
[0078] 光瞳函数(pupil function)描述了光波在经过一个光学系统时所受到的影响，对 显微镜来说，通常相当于一个频域的理想低通滤波器。
[0079] 在某些实施方式中，该迭代起始图包括该中央图像的傅里叶空间的实部迭代起始 图S0u_r及虚部迭代起始图S0u_i，所述对该中央图像处理得到该傅里叶空间的迭代起始 图，包括步骤：
[0080] S21，在迭代起始阶段，将该中央图像进行实部和虚部的分离后，分别生成傅里叶 空间的该实部迭代起始图S0u_r和该虚部迭代起始图S0u_i。
[0081] 具体地，在步骤S21中，首先通过采集图像的参数，计算出最后得到的高分辨率图 像的大小，在此基础上拓展中央图像作为迭代起始图（迭代初始量）。同样，需要计算出光瞳 函数的半径pupilr，即迭代中保留的中央图像频谱半径。
[0082] 仍将薄样本记作s(r)，则将采集的中央图像分离实部和虚部后，可以以如下式子 表不：
[0083]
[0084]
[0085] 其中，sr(r)和Si(r)代表样本传递函数的实部与虚部，exp(iU n · r)代表第η个LED 发出的平面波，p(r)代表点扩散函数。
[0086] 在迭代起始阶段，将中心图像进行实部和虚部的分离后，分别生成实部迭代起始 图Sr(r)和虚部迭代起始图 Sl(r)，如图3及图4所示，并将两者变换到傅里叶空间，分别得傅 里叶空间的实部迭代起始图Sr(u)和虚部迭代起始图Si(u)，这里暂将S r(u)记作S0u_r，将Si (u)记作S0u_i。另需生成光瞳函数Pn(u)，该光瞳函数的起始值为一个二维理想低通滤波 器。在一个示例中，光瞳函数P n(u)的生成过程:生成一个与低分辨率图像等大的矩阵，根据 计算值pupilr确定理想低通滤波器的半径，半径内为Ι+i(或?(1+?))，半径外部为0。半径 2 pup i lr =数值孔径NA*波数/傅里叶空间采样率。
[0087] 在某些实施方式中，所述根据该迭代起始图对该多个图像逐一进行迭代更新以完 成一轮迭代，包括步骤：
[0088] S22,对采集的该多个图像进行强度校正的前处理，对总能量较高的图像优先迭代 处理。
[0089]因此，总能量高的图像优先更新，这有利于加速收敛，提高了显微成像方法的效 率。在一个例子中，强度可以用图像的灰度值来计算。
[0090] 在某些实施方式中，请结合图3及图4,所述根据该迭代起始图对该多个图像逐一 进行迭代更新以完成一轮迭代，包括步骤：
[0091] S23,将该实部迭代起始图S0u_r及该虚部迭代起始图S0u_i取出更新块对应的位 置，各自与光瞳函数Pn(U)相乘，分别得到被更新位置经光瞳滤波后的傅里叶空间块Φ?(1!) 和 Φ in(U):
[0092] Φ rn(u) =Pn(u)Sr(u-Un)；
[0093] Φ in(u) =Pn(u)Si(u-Un)；
[0094] S24，将Φ rn(u)和Φ in(u)反变换到图像域，得到对应的实部空域块图像Φ rn(r)和 虚部空域块图像〇in(r);
[0095] S25,根据采集的对应位置的图像校正实部和虚部的空域块图像，得到校正后的实 部空域块图像Φ、0-)和虚部空间块图像Φ \η(Γ):
[0096]
[0097]
[0098] 其中，Icn代表采集到的图像的灰度值，即相机平面采集到的强度值，1如代表变换 到空域的图像的灰度值；
[0099] S26,将校正后的实部空域块图像Φ 'rn(r)和虚部空域块图像Φ 'in(r)变换回傅里 叶空间，得到校正后的实部傅里叶空间块图像Φ、(11)和虚部傅里叶空间块图像Φ 'ln(u);
[0100] S27,利用校正后的实部、虚部傅里叶空间块图像Φ \η(ιι)、Φ、(u)和光瞳函数Pn (u)，计算该实部迭代起始图S0u_r和该虚部迭代起始图5〇11_;[各自应有的图像更新块Sr,n+i (uWPSw+KuhSr^U^Sy+Ku)分别代表高分辨率傅里叶空间中的一个更新小块，而非 整个高分辨率傅里叶空间；
[0101] 更新式如下：
? .... >
[0102]
[0103]
[0104] α是系数，较佳地，α = 1;
[0105] S28,将图像更新块Sr,n+1(u)和Si,n+1(u)分别写入对应的高分辨率傅里叶空间实部 Sr(u)和虚部Sdu)，并记录空间内各点的更新次数；
[0106] S29,对光瞳函数Pn(u)进行更新；
[0107] 更新式如下：
[0108]
[0109]
[0110] pn+1(u)代表更新后的光瞳函数，β是系数，较佳地，β= 1;
[0111] S210,根据步骤S28中空间内各点的更新次数调整傅里叶空间的权重；
[0112] S211，重复步骤S23-S210,使采集到的该多个图像中的每个图像均被更新过，以此 完成一轮迭代。
[0113] 具体地，在步骤S29中，在某些实施方式中，如果更新后的光瞳函数和Pn(u)沿用同 样的下标，同样也可以将更新后的高分辨率傅里叶空间SrUWPSdu)记作Sw+KuWPSwu (u)。之所以没有这样记，是因为在实际操作*Pn(u)的尺寸大小保持不变(例如50x50)整体 更新，但高分辨率傅里叶空间（例:512x512)仅有一个小块被更新。
[0114] 例如，第n+1次更新，Sr(u)是512x512的高分辨率傅里叶空间的一小块50x50区域， 这个高分辨率傅里叶空间的区域rect = [ 101，101，150，150]将被更新，因此将这块区域提 取出来乘Pn(U)，得到Φ?(1!)。而后进入计算，最后得到要被更新的内容Sr, n+1(U)，尺寸同样 为50x50,回填该小块。
[0115] 在步骤S210中，调整傅里叶空间的权重例如可通过以下的方式调整：（新块的某点 的值-旧块的某点的值)/该点被更新的次数。
[0116] 在某些实施方式中，所述重复若干轮迭代以得到高分辨率图像的傅里叶空间，包 括步骤：
[0117] S212,重复若干轮迭代，获得实部和虚部各自的高分辨率图像傅里叶空间；
[0118] S213,将该实部和虚部各自的高分辨率图像傅里叶空间组合起来以得到该高分辨 率图像的傅里叶空间。
[0119] 在某些实施方式中，请参图5,所述的基于部分傅里叶空间的显微成像方法，还包 括步骤：
[0120] S3,显示与输出该整个高分辨率图像。
[0121 ]具体地，在步骤S3中，考虑到本发明的显微成像方法是针对算法的优化，步骤S3所 得到的整个高倍率图像与其它对FPM的质量优化算法EPRY-FPM所得的图像的对比见图6。在 图6中的，a图为采集的USAF分辨率板原始数据中心图像，b图和d图为EPRY-FPM法所得的高 分辨率图像，其是使用81张低分辨率图像处理所得。c图和e图则为PFPM法所得的高分辨率 图像。PFPM法在仅使用同一数据集内的45张低分辨率图像的情况下，得到了质量与b图及d 图相近的高分辨率图像。
[0122] 在本说明书的描述中，参考术语"一个实施方式"、"某些实施方式"、"示意性实施 方式"、"示例"、"具体示例"、或"一些示例"等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的 具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书 中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特 征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
[0123] 此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者 隐含地包括至少一个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是至少两个，例如两个， 三个等，除非另有明确具体的限定。
[0124] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括 一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部 分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺 序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明 的实施方式所属技术领域的技术人员所理解。
[0125] 在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用 于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供 指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执 行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设 备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传 输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装 置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电 连接部（移动终端），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM)，只读存储器 (ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存 储器(CDR0M)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的 介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其 他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0126] 应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述 实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件 或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下 列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路 的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场 可编程门阵列(FPGA)等。
[0127] 本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施方式方法携带的全部或部分 步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储 介质中，所述程序在执行时，包括方法实施方式的步骤之一或其组合。
[0128] 此外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可 以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的 模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块 如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算 机可读取存储介质中。
[0129] 上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描 述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的 限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换 和变型。
【主权项】
1. 一种基于部分傅里叶空间的显微成像方法，其特征在于，包括步骤： S1，对样本进行多角度光照显微图像采集，该步骤S1包括采集该样本的中央图像及设 定范围内的半个光照矩阵照明所得的多个图像； S2，用PFPM法的迭代过程得到整个高分辨率图像，该步骤S2包括步骤： 对该中央图像处理得到傅里叶空间的迭代起始图； 根据该迭代起始图对该多个图像逐一进行迭代更新W完成一轮迭代； 重复若干轮迭代W得到高分辨率图像的傅里叶空间； 根据该高分辨率图像的傅里叶空间及利用傅里叶变换的共辆对称性填充所缺数据W 生成该整个高分辨率图像。2. 如权利要求1所述的基于部分傅里叶空间的显微成像方法，其特征在于，所述采集该 样本的该中央图像及设定范围内的半个光照矩阵照明所得的该多个图像，包括步骤： 在采集过程中，点亮该光照矩阵正对该样本的中屯、光源，W采集该中央图像;及 依次点亮对应位置的该光照矩阵的光源W采集所需的该多个图像。3. 如权利要求1所述的基于部分傅里叶空间的显微成像方法，其特征在于，该迭代起始 图包括该中央图像的傅里叶空间的实部迭代起始图SOu_r及虚部迭代起始图SOu_i，所述对 该中央图像处理得到该傅里叶空间的迭代起始图，包括步骤： 在迭代起始阶段，将该中央图像进行实部和虚部的分离后，分别生成傅里叶空间的该 实部迭代起始图SOu_r和该虚部迭代起始图SOu_i。4. 如权利要求1所述的基于部分傅里叶空间的显微成像方法，其特征在于，所述根据该 迭代起始图对该多个图像逐一进行迭代更新W完成一轮迭代，包括步骤： 对采集的该多个图像进行强度校正的前处理，对总能量较高的图像优先迭代处理。5. 如权利要求3所述的基于部分傅里叶空间的显微成像方法，其特征在于，所述根据该 迭代起始图对该多个图像逐一进行迭代更新W完成一轮迭代，包括步骤： 523, 将该实部迭代起始图SOu_r及该虚部迭代起始图5〇11_1取出更新块对应的位置，各 自与光瞳函数Pn(u)相乘，分别得到被更新位置经光瞳滤波后的傅里叶空间块Φτη(ΙΙ)和Φιη (U): <l)rn(u)=Pn(u)Sr(u-Un)； Φ in(u) =Pn(u)Si(u-Un)； 524, 将Φ?(11)和Φιη(11)反变换到图像域，得到对应的实部空域块图像Orn(r)和虚部 空域块图像Oin(r); 525, 根据采集的对应位置的图像校正实部和虚部的空域块图像，得到校正后的实部空 域块图像&/rn(r)和虚部空间块图像φ/ιη0-):其中，I。。代表采集到的图像的灰度值，Itn代表变换到空域的图像的灰度值； S26,将校正后的实部空域块图像〇/rn(r)和虚部空域块图像Φ^ιη0-)变换回傅里叶空 间，得到校正后的实部傅里叶空间块图像φ/τη(11)和虚部傅里叶空间块图像φ/ιη(11); S27，利用校正后的实部、虚部傅里叶空间块图像Φ / rn(U)、Φ / in(U)和光瞳函数Pn(U)， 计算该实部迭代起始图S0u_r和该虚部迭代起始图5〇11_1各自应有的图像更新块Sr,n+l(U)和 81,。+1(11)品,。+1(11)及&,。+1(11)分别代表高分辨率傅里叶空间中的一个更新小块； 更新式如下：α是系数； S28，将图像更新块Sr, η+1 (U )和Si, η+1 (U)分别写入对应的高分辨率傅里叶空间实部Sr (U) 和虚部Si(U)，并记录空间内各点的更新次数； S29,对光瞳函数Pn(U)进行更新； 更新式如下：Pn+l(U)代表更新后的光瞳函数，β是系数； S210,根据步骤S28中空间内各点的更新次数调整傅里叶空间的权重； S211，重复步骤S23-S210,使采集到的该多个图像中的每个图像均被更新过，W此完成 一轮迭代。6. 如权利要求5所述的基于部分傅里叶空间的显微成像方法，其特征在于，所述重复若 干轮迭代W得到高分辨率图像的傅里叶空间，包括步骤： S212，重复若干轮迭代，获得实部和虚部各自的高分辨率图像傅里叶空间； S213,将该实部和虚部各自的高分辨率图像傅里叶空间组合起来W得到该高分辨率图 像的傅里叶空间。7. 如权利要求1所述的基于部分傅里叶空间的显微成像方法，其特征在于，还包括步 骤： S3,显示与输出该整个高分辨率图像。
【文档编号】G02B21/36GK105976315SQ201610265589
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】段侪杰, 孟宏宇, 马辉, 沈宏, 迟颖
【申请人】清华大学深圳研究生院