傅里叶叠层显微成像系统误差校正算法研究

发布时间：2020-04-21 00:18

【摘要】：傅里叶叠层显微成像作为一种新型超分辨显微成像技术,巧妙的结合了计算光学和传统光学的特点,在仅改变光源结构的条件下,显著提升了传统显微系统的成像分辨能力,为实验研究以及临床医学提供了一种新的成像手段。由于现有成像系统均受限于其光学系统数值孔径,所以很难做到大视场与高分辨率兼备的成像。而傅里叶叠层显微成像技术很好的解决了这个问题,其通过不同角度的平面波光源照射,利用傅里叶变换平移定理,将观测样本的高频信息移入显微物镜孔径中,从而获取了一组包含更多样本频率信息的低分辨率图像。最后利用相位恢复中常用的最优化迭代算法,在频域空间对高分辨率复振幅分布进行迭代重构,将包含更多频率信息的大视场高分辨率光强信息和相位信息重构出来。在实际应用过程中,图像的重构质量往往受限于光学系统的像差及其他系统误差,例如光源位置误差、离焦误差等。本文采用了一系列误差校正算法提升重构质量:(1)利用模拟退火搜索法以正确的约束搜索光源的位置误差,并在重构算法中进行校正。(2)利用离焦光瞳函数对离焦误差进行校正,并结合黄金分割搜索和恰当的聚焦评价函数实现自动聚焦。(3)利用信息复用理论,通过额外获取三幅样本的明场图像来校正波长复用成像方法中各波长重构图像的均值误差。本文对提出的方法分别进行了数值计算验证及实验验证。本文在理论分析基础上,结合系统设计和实验,分析了傅里叶叠层显微成像系统中影响成像质量的原因,并通过在算法上进行改进,有效地改善了系统成像质量,提升了系统在实际成像过程中的稳定性、精确性。本文的研究内容对该技术的实用化、产业化具有一定的探索和带动作用。
【图文】：

高分辨率图像,显微成像系统,成像器件,成像技术

硕士学位论文逦傅里叶叠层显微成像系统误差校正算法研究逡逑１绪论逡逑１．１课题意义逡逑随着现代医学对显微成像系统的需求与日俱增，现有的传统光学显微镜逐渐不能满逡逑足医学观测的需求。同时，传统光学显微镜受限于其光学透镜加工工艺，具有大视场的逡逑低倍显微物镜通常数值孔径小、分辨率低，而具有高分辨率的高倍显微物镜通常数值孔逡逑径大、视场小，所以很难做到大视场与高分辨率兼备的成像。市场上常规光学显微镜系逡逑统主要采用高倍物镜和精密的电动位移平台进行全切片扫描，再通过软件算法将一系列逡逑相邻视场的图像进行拼接，从而得到病理切片全视场下的高分辨率图像。然而该方法需逡逑要显微镜加装高度复杂的全电动平台系统，这也是目前市场上精密显微成像系统价格非逡逑常昂贵的主要因素之一。同时现有的新型显微成像技术，例如数字全息显微成像、共聚逡逑焦显微成像等，系统均比较复杂，而且对光源相干性，环境稳定性等有较高要求ｕ’２］。逡逑

叠层,傅里叶,成像,光强

．邋ｌｅｄｗ：＾邋＾ｊｍｍ逡逑图１．２傅里叶叠层显微成像系统原理图逡逑如图１．２，在傅里叶叠层成像的系统中，样本在不同角度的平面波照明下的光强信逡逑息通过显微物镜成像在成像芯片上，一系列样本的低分辨率光强信息被成像器件记录下逡逑来，在不同角度的平面波照明下，物镜后焦面上物体的频谱被平移到对应的不同位置上。逡逑因此，一些本来超出物镜数值孔径的频率成分被平移到物镜数值孔径以内，并被成像器逡逑件采集到。换句话说，不同角度的入射光对应在频谱不同位置上的光瞳函数（子孔径）。逡逑在图像重构过程中，通过不同位置子孔径的频谱在频域上形成叠层，之后再利用相机拍逡逑摄到的一系列低分辨率图像在频域里进行迭代，依次更新对应的子孔径里的频谱信息，，逡逑子孔径与子孔径的交叠扩展了频域带宽并恢复出超过物镜空间分辨率限制的高频信息逡逑（合成孔径），最终同时重构出物体的大视场高分辨率光强和相位信息（相位恢复）。这样逡逑就实现了使用一个低数值孔径、低放大率物镜
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41

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