宏观傅里叶叠层成像方法研究
发布时间：2021-04-17 03:10
在远距离光学成像中,空间分辨率受衍射模糊的限制,增加成像系统的口径可以减小衍射模糊的影响,实现对目标高分辨率成像。但是成像系统口径受限于工业水平、材料等各种因素,从一定程度上限制了分辨率的提升。傅里叶叠层成像技术作为一种新型的合成孔径技术,在显微成像领域取的一定成果,为了探索将此技术应用到远距离成像中,论文开展了在宏观成像中使用傅里叶叠层成像技术实现超分辨率成像方法的研究。介绍了相干光学成像系统,详细分析了傅里叶叠层成像技术在显微镜成像系统中的原理和方法,并对物体在傅里叶域实现“叠层”扫描实现合成孔径的方式进行研究。研究分析了傅里叶叠层技术在宏观成像系统中的物理模型和数学模型,并采用与显微镜中不一样得的“叠层”扫描方式实现合成孔径。结合宏观傅里叶叠层频谱扫描方式,对数据实现重构高分辨率图像的相位恢复算法进行了研究。根据宏观傅里叶叠层成像模型,开展了宏观傅里叶叠层成像仿真实验,在仅考虑衍射模糊影响成像分辨率时,仿真对10mm相机孔径在20m的成像距离,实现50mm孔径的分辨率效果,分辨率提升5倍,仿真验证了傅里叶叠层技术在宏观成像系统中减小衍射模糊,实现超分辨成像的可行性。随后对成像过程...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１叠层成像示意图??Ｆｉｇ．ｉｌ．１?Ｓｃｈｅｍｅ?ｆｏｒ?Ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｙ?ｉｍａｇｉｎｇ??在叠层成像采集过程中，重点在于每次采集的探针要与下一次采集的探针发生重叠，??
?大连海事大学硕士学位论文???分辨率图像，不同位置的ＬＥＤ依次点亮使物体频谱发生移动，系统孔１?径截取到不同位??置的子频谱，然后利用图像传感器获得一系列低分辨率图像，最后结合相位恢复算法重??构样本复振幅信息。傅里叶叠层成像技术在实现高分辨率、大视场的成像中有很大的优??势，在此科研成果中利用ＬＥＤ阵列将低倍光学显微镜（放大倍率为两丨音，ＮＡ＝０．０８）超??分辨为等效为（２０倍放大倍率，ＮＡ＝０．５）的分辨率结果，最终实现了?０．７８ｕｍ的分辨率??和１２０ｍｍ２的视常图１．２⑻ＦＰＭ实物装置图，图１．２（ｂ）为辨率板全视场角（ＦＯＶ）原始??图像，图１．２（ｃ）为放大图像，像素为２．７５ｍｍ，图１．２（ｄ）为ＦＰＭ１重构图像，像素为０．２７５ｍｎｕ??ＫＵ９Ｉ??ｆｌｆ?ＩＢ??■?＼ｍｍ??图１，２?ＦＰＭ；（ａ）ＦＰＭ装置；（ｂ）分辨率板全视场角（ＦＯＶ）原始图像；（ｃ）原始图像的放大视图，像素大小为??２．７５ｎｉｍ；（ｄ）同区域ＦＰＭ重构图像??Ｆｉｇ．?１．２?ＦＰＭ；（ａ）ＦＰＭ?ｄｅｖｉｃｅ；（ｃ）?Ｆｕｌｌ－ＦＯＶ?ｒａｗ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ａ?ＵＳＡＦ?ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｔａｒｇｅｔ；（ｃ）?Ｍａｇｎｉｆｉｅｄ?ｖｉｅｗ?ｏｆ??ｔｈｅ?ｒａｗ?ｉｍａｇｅ，?ｗｉｔｈ?ａ?ｐｉｘｅｌ?ｓｉｚｅ?ｏｆ?２．７５ｍｍ；（ｄ）?ＦＰＭ?ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓａｍｅ?ｒｅｇｉｏｎ??自ＦＰＭ技术问世以来至今约７年的时间里，研究者们对ＦＰＭ展开了广泛的研究，??针对数据采集过程加速、系统误差消除、重构算法优化、应用方向探索等几个方面，国??内外都取的一定的研究成果，下
?大连海事大学硕士学位论文???ＵＪ．Ｑ??＾??图１．３基于手机镜头的便携式高分辨率显微镜??Ｆｉｇ．?１．３?ＦＰｓｃｏｐｅ??ＦＰ技术最开始用在显微镜中，其优越的性能让人们对其他方面的应用也展开了广??泛研究，Ｇｕｏａｎ?Ｚｈｅｎｇ等人开发了?一＂ｔ＇基于手机镜头的便携式高分辨率显微镜ＦＰｓｃｏｐｅ［２９］，??如图１．３所示，以相反的方式使用手机镜头，然后用样品代替图像传感器用手机镜头将??放大后的图像投影到探测器上，ＬＥＤ阵列从不同的入射角度对样品进行照明，为了取代??透镜模块的衍射极限，使用ＬＥＤ阵列从不同的入射角度照亮样品，并使用算法合成图??像，在此平台可获取高分辨率的生物标本图像，最大合成数值孔径（ＮＡ）为０．５，平台的??聚焦深度约为０．１毫米，比具有类似ＮＡ的常规显微镜物镜的聚焦深度长几个数量级。??Ｌａｕｒａ?Ｗａｌｌｅｒ等人在ＦＰＭ模型中以吏快的捕获数据方式来提高成像速度［３Ｇ］，以此平台优??势研究运动的活体样本，与固定的载玻片样本不同，活样本在各种空间和时间尺度上是??不一样的，此平台利用新的源编码方法和实时硬件控制，可在亚秒级时间下，用４ｘＦＯＶ??上实现０．８?ＮＡ分辨率，而且可以在长时间的实验中进行的相位重建，用于实时的观察。??装置如图１．４所示。??—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—??＼?ＬＥＤ?ａｒｒａｙ??』錢?Ｉ?％：．：：?！??齡?＾?ｊ??图１．４观测活细胞的ＦＰＭ平台??Ｆｉｇ．?１．４?Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｌｉｖｉｎｇ?ｃｅｌｌ?ｏｆ?ＦＰＭ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??－５－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]图像超分辨率技术的回顾与展望[J]. 刘颖,朱丽,林庆帆,李莹华,王富平,卢津. 计算机科学与探索. 2020(02)
[2]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)
[3]空间频谱约束傅里叶叠层成像重建方法（英文）[J]. 李生福,赵宇,罗振雄,叶雁,刘正君. 红外与激光工程. 2019(04)
[4]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)
[5]对称照明在傅里叶叠层成像中的应用[J]. 张雷雷,唐立金,张慕阳,梁艳梅. 物理学报. 2017(22)
[6]傅里叶叠层显微术的照明光强校正研究[J]. 杨佳琪,马骁,林锦新,钟金钢. 激光与光电子学进展. 2017(03)
[7]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)
[8]小孔扫描傅里叶叠层成像的关键参量研究[J]. 谢宗良,马浩统,任戈,亓波,丁科. 光学学报. 2015(10)
博士论文
[1]叠层成像技术成像机制的理论分析与实验研究[D]. 李昭慧.西安电子科技大学 2016
硕士论文
[1]叠层扫描成像系统的设计与实现[D]. 林栋.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2016
本文编号：3142693
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１叠层成像示意图??Ｆｉｇ．ｉｌ．１?Ｓｃｈｅｍｅ?ｆｏｒ?Ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｙ?ｉｍａｇｉｎｇ??在叠层成像采集过程中，重点在于每次采集的探针要与下一次采集的探针发生重叠，??
?大连海事大学硕士学位论文???分辨率图像，不同位置的ＬＥＤ依次点亮使物体频谱发生移动，系统孔１?径截取到不同位??置的子频谱，然后利用图像传感器获得一系列低分辨率图像，最后结合相位恢复算法重??构样本复振幅信息。傅里叶叠层成像技术在实现高分辨率、大视场的成像中有很大的优??势，在此科研成果中利用ＬＥＤ阵列将低倍光学显微镜（放大倍率为两丨音，ＮＡ＝０．０８）超??分辨为等效为（２０倍放大倍率，ＮＡ＝０．５）的分辨率结果，最终实现了?０．７８ｕｍ的分辨率??和１２０ｍｍ２的视常图１．２⑻ＦＰＭ实物装置图，图１．２（ｂ）为辨率板全视场角（ＦＯＶ）原始??图像，图１．２（ｃ）为放大图像，像素为２．７５ｍｍ，图１．２（ｄ）为ＦＰＭ１重构图像，像素为０．２７５ｍｎｕ??ＫＵ９Ｉ??ｆｌｆ?ＩＢ??■?＼ｍｍ??图１，２?ＦＰＭ；（ａ）ＦＰＭ装置；（ｂ）分辨率板全视场角（ＦＯＶ）原始图像；（ｃ）原始图像的放大视图，像素大小为??２．７５ｎｉｍ；（ｄ）同区域ＦＰＭ重构图像??Ｆｉｇ．?１．２?ＦＰＭ；（ａ）ＦＰＭ?ｄｅｖｉｃｅ；（ｃ）?Ｆｕｌｌ－ＦＯＶ?ｒａｗ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ａ?ＵＳＡＦ?ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｔａｒｇｅｔ；（ｃ）?Ｍａｇｎｉｆｉｅｄ?ｖｉｅｗ?ｏｆ??ｔｈｅ?ｒａｗ?ｉｍａｇｅ，?ｗｉｔｈ?ａ?ｐｉｘｅｌ?ｓｉｚｅ?ｏｆ?２．７５ｍｍ；（ｄ）?ＦＰＭ?ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓａｍｅ?ｒｅｇｉｏｎ??自ＦＰＭ技术问世以来至今约７年的时间里，研究者们对ＦＰＭ展开了广泛的研究，??针对数据采集过程加速、系统误差消除、重构算法优化、应用方向探索等几个方面，国??内外都取的一定的研究成果，下
?大连海事大学硕士学位论文???ＵＪ．Ｑ??＾??图１．３基于手机镜头的便携式高分辨率显微镜??Ｆｉｇ．?１．３?ＦＰｓｃｏｐｅ??ＦＰ技术最开始用在显微镜中，其优越的性能让人们对其他方面的应用也展开了广??泛研究，Ｇｕｏａｎ?Ｚｈｅｎｇ等人开发了?一＂ｔ＇基于手机镜头的便携式高分辨率显微镜ＦＰｓｃｏｐｅ［２９］，??如图１．３所示，以相反的方式使用手机镜头，然后用样品代替图像传感器用手机镜头将??放大后的图像投影到探测器上，ＬＥＤ阵列从不同的入射角度对样品进行照明，为了取代??透镜模块的衍射极限，使用ＬＥＤ阵列从不同的入射角度照亮样品，并使用算法合成图??像，在此平台可获取高分辨率的生物标本图像，最大合成数值孔径（ＮＡ）为０．５，平台的??聚焦深度约为０．１毫米，比具有类似ＮＡ的常规显微镜物镜的聚焦深度长几个数量级。??Ｌａｕｒａ?Ｗａｌｌｅｒ等人在ＦＰＭ模型中以吏快的捕获数据方式来提高成像速度［３Ｇ］，以此平台优??势研究运动的活体样本，与固定的载玻片样本不同，活样本在各种空间和时间尺度上是??不一样的，此平台利用新的源编码方法和实时硬件控制，可在亚秒级时间下，用４ｘＦＯＶ??上实现０．８?ＮＡ分辨率，而且可以在长时间的实验中进行的相位重建，用于实时的观察。??装置如图１．４所示。??—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—?—??＼?ＬＥＤ?ａｒｒａｙ??』錢?Ｉ?％：．：：?！??齡?＾?ｊ??图１．４观测活细胞的ＦＰＭ平台??Ｆｉｇ．?１．４?Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｌｉｖｉｎｇ?ｃｅｌｌ?ｏｆ?ＦＰＭ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??－５－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]图像超分辨率技术的回顾与展望[J]. 刘颖,朱丽,林庆帆,李莹华,王富平,卢津. 计算机科学与探索. 2020(02)
[2]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)
[3]空间频谱约束傅里叶叠层成像重建方法（英文）[J]. 李生福,赵宇,罗振雄,叶雁,刘正君. 红外与激光工程. 2019(04)
[4]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)
[5]对称照明在傅里叶叠层成像中的应用[J]. 张雷雷,唐立金,张慕阳,梁艳梅. 物理学报. 2017(22)
[6]傅里叶叠层显微术的照明光强校正研究[J]. 杨佳琪,马骁,林锦新,钟金钢. 激光与光电子学进展. 2017(03)
[7]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)
[8]小孔扫描傅里叶叠层成像的关键参量研究[J]. 谢宗良,马浩统,任戈,亓波,丁科. 光学学报. 2015(10)
博士论文
[1]叠层成像技术成像机制的理论分析与实验研究[D]. 李昭慧.西安电子科技大学 2016
硕士论文
[1]叠层扫描成像系统的设计与实现[D]. 林栋.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2016
本文编号：3142693
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