提升傅里叶叠层显微成像质量的研究
发布时间：2021-02-15 17:11
分辨率和视场是光学成像系统中一对难以调和的矛盾,因此显微镜的信息通量通常在百万像素级,在数字病理成像、血液涂片成像等应用中不能满足（波长级分辨率和10mm大视场）使用要求。现有的数字病理系统只能使用小视场的高倍分辨物镜与视场的机械扫描系统结合然后通过图像拼接来满足高分辨和大视场的要求,其结构复杂、价格昂贵。傅里叶叠层显微术（Fourier ptychographic microscopy,FPM）将普通显微镜的钨丝灯或卤素灯光源替换为一个LED阵列光源,使用大视场的低分辨物镜采集一系列不同照明角度的显微图像,这些图像分别对应样品频谱的不同子区域,可以通过频谱拼接来扩展样品图像的频谱范围,用傅里叶叠层重建出高分辨率振幅和相位图像,能实现亚波长分辨率和11mm的大视场,形成十亿像素级的信息通量,满足数字病理成像要求,另外其中的相位图像还能用于未染色样品的成像,扩展了生物显微成像的功能,此外还有光学系统像差校正等应用。同时FPM的光学结构简单,价格低廉,具有极大的发展前景。但是,FPM技术目前还不成熟,不同角度LED的光照度不同、大角度采集图像的信噪比低、传递函数简化误差、收敛错误导致颜色误...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 傅里叶叠层显微术的基本原理
1.2.1 显微物镜的分辨率
1.2.2 透镜的傅里叶变换性质与阿贝成像原理
1.2.3 FPM的正向模型
1.2.4 FPM的重建方法
1.3 FPM的研究进展
1.3.1 系统优化
1.3.2 算法优化
1.3.3 应用研究
1.4 FPM技术中现存的问题
1.5 本论文的主要研究内容
第2章 傅里叶叠层显微术中非均等曝光时间的研究
2.1 引言
2.2 傅里叶叠层成像系统的设计
2.2.1 FPM的采样要求
2.2.2 FPM系统设计
2.3 光强差异对重建图像质量影响的研究
2.3.1 明场和暗场图像强度差异问题的研究
2.3.2 斜入射LED照明光强衰减问题的研究
2.3.3 非均等曝光时间方案
2.4 本章小结
第3章 去除噪声的傅里叶叠层显微术重建算法研究
3.1 引言
3.2 FPM中的噪声分析
3.2.1 FPM中的噪声特性分析
3.2.2 噪声对重建结果的影响分析
3.3 用于FPM的去噪算法
3.4 改进的稀疏采样去噪算法研究
3.4.1 稀疏采样FPM与自适应去噪方法
3.4.2 改进的稀疏采样去噪算法
3.4.3 稀疏采样去噪算法的模拟与实验
3.5 本章小结
第4章 光源部分相干性对重建结果影响的研究
4.1 引言
4.2 FPM成像系统的相干性分析
4.2.1 时间相干性分析
4.2.2 空间相干性分析
4.2.3 部分相干的FPM成像系统分析
4.3 部分相干的FPM重建方法研究
4.3.1 光源的部分相干性对重建图像质量的影响分析
4.3.2 切趾法
4.3.3 切趾化的相干传递函数作为频域约束的研究
4.3.4 模拟与实验
4.4 本章小结
第5章 彩色傅里叶叠层显微图像重建方法的研究
5.1 引言
5.2 现有彩色FPM图像重建方法的分析
5.2.1 分别采集RGB图像并分别重建的方法
5.2.2 波长复用并在重建中分解彩色的方法
5.3 快速彩色FPM图像重建方法的研究
5.3.1 彩色模型的分析
5.3.2 基于HSI模型的重建方法研究
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高通量快速傅里叶叠层显微成像技术研究进展[J]. 潘安,姚保利. 红外与激光工程. 2019(06)
[2]基于弧形阵列LED光源旋转照明装置的傅里叶叠层显微术[J]. 林子强,马骁,林锦新,杨佳琪,李仕萍,钟金钢. 激光与光电子学进展. 2018(07)
[3]傅里叶叠层显微成像技术:理论、发展和应用[J]. 孙佳嵩,张玉珍,陈钱,左超. 光学学报. 2016(10)
[4]LED封装光学结构对光强分布的影响[J]. 屠大维,吴仍茂,杨恒亮,赵其杰,黄志华. 光学精密工程. 2008(05)
[5]小波域BP网络图像压缩及Matlab实现[J]. 赵秀影,刘红,傅德友,翟林培. 光电技术应用. 2007(01)
[6]科学级CCD相机的噪声分析及处理技术[J]. 李云飞,司国良,郭永飞. 光学精密工程. 2005(S1)
[7]微光CCD相机的噪声分析与处理[J]. 李仰军,马俊婷,郝晓剑. 应用基础与工程科学学报. 2001(Z1)
[8]科学级CCD相机的噪声分析和信号处理[J]. 马俊婷,李仰军,郝晓剑. 华北工学院学报. 2001(02)
博士论文
[1]中国科学技术大学SMD LED杯型仿真分析及应用[D]. 詹前靖.中国科学技术大学 2018
硕士论文
[1]傅里叶叠层显微成像系统误差校正算法研究[D]. 王铭群.南京理工大学 2018
[2]LED封装工艺设计及优化[D]. 李长春.华南理工大学 2011
[3]CCD类成像器件的噪声研究[D]. 陆苗霞.南京理工大学 2009
[4]彩色显微图像处理及其应用[D]. 刘妮.南京理工大学 2003
本文编号：3035235
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 傅里叶叠层显微术的基本原理
1.2.1 显微物镜的分辨率
1.2.2 透镜的傅里叶变换性质与阿贝成像原理
1.2.3 FPM的正向模型
1.2.4 FPM的重建方法
1.3 FPM的研究进展
1.3.1 系统优化
1.3.2 算法优化
1.3.3 应用研究
1.4 FPM技术中现存的问题
1.5 本论文的主要研究内容
第2章 傅里叶叠层显微术中非均等曝光时间的研究
2.1 引言
2.2 傅里叶叠层成像系统的设计
2.2.1 FPM的采样要求
2.2.2 FPM系统设计
2.3 光强差异对重建图像质量影响的研究
2.3.1 明场和暗场图像强度差异问题的研究
2.3.2 斜入射LED照明光强衰减问题的研究
2.3.3 非均等曝光时间方案
2.4 本章小结
第3章 去除噪声的傅里叶叠层显微术重建算法研究
3.1 引言
3.2 FPM中的噪声分析
3.2.1 FPM中的噪声特性分析
3.2.2 噪声对重建结果的影响分析
3.3 用于FPM的去噪算法
3.4 改进的稀疏采样去噪算法研究
3.4.1 稀疏采样FPM与自适应去噪方法
3.4.2 改进的稀疏采样去噪算法
3.4.3 稀疏采样去噪算法的模拟与实验
3.5 本章小结
第4章 光源部分相干性对重建结果影响的研究
4.1 引言
4.2 FPM成像系统的相干性分析
4.2.1 时间相干性分析
4.2.2 空间相干性分析
4.2.3 部分相干的FPM成像系统分析
4.3 部分相干的FPM重建方法研究
4.3.1 光源的部分相干性对重建图像质量的影响分析
4.3.2 切趾法
4.3.3 切趾化的相干传递函数作为频域约束的研究
4.3.4 模拟与实验
4.4 本章小结
第5章 彩色傅里叶叠层显微图像重建方法的研究
5.1 引言
5.2 现有彩色FPM图像重建方法的分析
5.2.1 分别采集RGB图像并分别重建的方法
5.2.2 波长复用并在重建中分解彩色的方法
5.3 快速彩色FPM图像重建方法的研究
5.3.1 彩色模型的分析
5.3.2 基于HSI模型的重建方法研究
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高通量快速傅里叶叠层显微成像技术研究进展[J]. 潘安,姚保利. 红外与激光工程. 2019(06)
[2]基于弧形阵列LED光源旋转照明装置的傅里叶叠层显微术[J]. 林子强,马骁,林锦新,杨佳琪,李仕萍,钟金钢. 激光与光电子学进展. 2018(07)
[3]傅里叶叠层显微成像技术:理论、发展和应用[J]. 孙佳嵩,张玉珍,陈钱,左超. 光学学报. 2016(10)
[4]LED封装光学结构对光强分布的影响[J]. 屠大维,吴仍茂,杨恒亮,赵其杰,黄志华. 光学精密工程. 2008(05)
[5]小波域BP网络图像压缩及Matlab实现[J]. 赵秀影,刘红,傅德友,翟林培. 光电技术应用. 2007(01)
[6]科学级CCD相机的噪声分析及处理技术[J]. 李云飞,司国良,郭永飞. 光学精密工程. 2005(S1)
[7]微光CCD相机的噪声分析与处理[J]. 李仰军,马俊婷,郝晓剑. 应用基础与工程科学学报. 2001(Z1)
[8]科学级CCD相机的噪声分析和信号处理[J]. 马俊婷,李仰军,郝晓剑. 华北工学院学报. 2001(02)
博士论文
[1]中国科学技术大学SMD LED杯型仿真分析及应用[D]. 詹前靖.中国科学技术大学 2018
硕士论文
[1]傅里叶叠层显微成像系统误差校正算法研究[D]. 王铭群.南京理工大学 2018
[2]LED封装工艺设计及优化[D]. 李长春.华南理工大学 2011
[3]CCD类成像器件的噪声研究[D]. 陆苗霞.南京理工大学 2009
[4]彩色显微图像处理及其应用[D]. 刘妮.南京理工大学 2003
本文编号：3035235
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