基于fpm的光场显微方法
【专利摘要】一种基于FPM的光场显微方法，包括以下步骤：搭建基于FPM的光场显微平台；用基于FPM的光场显微平台采集高分辨率广视野的图像；对得到的高分辨率广视野图像进行视角分离；利用视角分离的结果重聚焦获得想要得到的结果。本发明使用基于FPM算法的光场显微镜来采集光场信息，提高了光场显微镜中每一个微透镜成像的分辨率，提高了角度分辨率，从而丰富了采集到的光场信息，使得物体能重建更好的三维结构。
【专利说明】基于FPM的光场显微方法
【技术领域】
[0001]本发明属于显微成像、计算机视觉、计算机图形学领域，尤其是立体图形学领域，特别涉及利用FPM算法捕获重建显微光场的技术。
技术背景
[0002]Fourier ptychographic microscopy(FPM)是一种基于显微镜平台的图像超分辨率重建的方法，可以有效克服空间带宽积(space bandwidth product)受限的矛盾问题。常见的光学成像平台都会受到空间带宽积的限制，即如果我们观察的视野范围比较广，那么观测物体的放大倍数就会偏小；反之，如果我们观测物体的放大倍数比较大，那么视野的范围就会缩小。而FPM算法很好地解决了这一问题，让我们能够获取广视野、高分辨率的图像，由此，突破了光学成像系统的物理极限。
[0003]随着光学和计算摄像学的发展，人们已经不能满足只记录图像的强度信息，因此，基于全光函数的思想，人们设计出可以捕获包含入射光强度和角度信息的光场相机。基于这种光场相机，人们设计了光场显微镜用以捕获显微镜下的光场信息。光场显微镜的出现为物体的三维结构重建提供了新的思路。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于FPM的光场显微方法。
[0005]本发明基于FPM的光场显微方法包括以下步骤:
[0006]搭建基于FPM的光场显微平台；
[0007]用基于FPM的光场显微平台采集高分辨率广视野的图像；
[0008]对得到的高分辨率广视野图像进行视角分离；
[0009]利用视角分离的结果重聚焦获得想要得到的结果。
[0010]本发明使用基于FPM算法的光场显微镜来米集光场信息,提高了光场显微镜中每一个微透镜成像的分辨率，提高了角度分辨率，从而丰富了采集到的光场信息，使得物体能重建更好的三维结构。其算法鲁棒性强，基本自动化运行，需要很少的人工干预。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为一些实施例基于FPM的光场显微方法的流程图；
[0012]图2为其光场显微镜的不意图；
[0013]图3为其光场显微镜的光路图；
[0014]图4为光场显微镜的工作流程图；
[0015]图5为其基于FPM图像超分辨率重建模块的结构图；
[0016]图6为其可编程LED阵列的不意图；
[0017]图7为FPM算法的流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0019]如图1所示，一些实施例基于FPM的光场显微方法包括以下步骤:
[0020]S1、搭建基于FPM的光场显微平台。这里所搭建的基于FPM的光场显微平台主要包含了两个模块:一个是光场信息采集模块，另一个是基于FPM的图像超分辨率重建模块。
[0021]光场信息采集模块也就是光场显微镜。光场显微镜的结构如图2所示，光路如图3所示，工作过程如图4所示。相比于普通的显微镜，光场显微镜在原来目镜的位置放置了一个微透镜阵列。
[0022]如图5所示，基于FPM的图像超分辨率重建模块包括显微镜和可编程LED阵列，可编程LED阵列作为显微镜的光源。这里的显微镜和上述的光场显微镜为同一个显微镜。如图6所示，较佳实施例中，LED阵列的规模为32X32，相邻两个LED之间的距离为4mm。LED阵列与载物台之间的距离一般选择7~8cm。
[0023]参照图1，搭建基于FPM的光场显微平台包括:选择合适的物镜，选择合适的微透镜阵列，校准光路，以及固定LED阵列。选择物镜、校准光路以及固定LED阵列为常规技术手段，这里不再赘述。微透镜阵列的选择如下:
[0024]每个微透镜的曲率为
【权利要求】
1.一种基于FPM的光场显微方法，其特征在于包括以下步骤: 搭建基于FPM的光场显微平台； 用基于FPM的光场显微平台采集高分辨率广视野的图像； 对得到的高分辨率广视野图像进行视角分离； 利用视角分离的结果重聚焦获得想要得到的结果。
2.根据权利要求1所述的基于FPM的光场显微方法，其特征在于，所述光场显微平台包括光场显微镜和基于FPM的图像超分辨率重建模块,光场显微镜设置有成像传感器,光场显微镜的目镜为微透镜阵列，所述基于FPM的图像超分辨率重建模块包括可编程LED阵列，该可编程LED阵列作为所述光场显微镜的光源。
3.根据权利要求2所述的基于FPM的光场显微方法,其特征在于，所述搭建基于FPM的光场显微平台包括:选择合适的物镜，选择合适的微透镜阵列，校准光路，以及固定LED阵列。
4.根据权利要求3所述的基于FPM的光场显微方法,其特征在于，微透镜阵列的每个微透镜的曲率为
M表示物镜的放大倍数，NA为物镜的数值孔径； 每个微透镜所成像的分辨率为
NU*NV表不微透镜成像的分辨率,W*H表不微透镜阵列的规模，Robj表不样本上两点间的最小距离，
入表不光线的波长。
5.根据权利要求1所述的基于FPM的光场显微方法,其特征在于,所述用基于FPM的光场显微平台采集高分辨率广视野的图像包括: 确定样本正下方的LED的位置； 确定LED阵列中各个LED对应的曝光时间； 控制LED阵列中LED逐点发光，同时控制成像传感器选取对应的曝光时间来采集图像，得到低分辨率广视野图像； 分别对各个微透镜所成的自图像进行FPM算法，获得与微透镜相同数量的高分辨率广视野图像；每个微透镜所成的自图像为不同LED光照下通过该微透镜所成的复数个低分辨率广视野图像。
6.根据权利要求1所述的基于FPM的光场显微方法，其特征在于，所述对得到的高分辨率广视野图像进行视角分离包括:确定每个微透镜对应成像传感器的区域；选择每个区域的对应点，分离各个视角的图像。
【文档编号】G02B21/36GK104181686SQ201410421367
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】张永兵, 蒋伟鑫, 戴琼海 申请人:清华大学深圳研究生院