[发明专利]大视场超分辨率动态相位无透镜显微成像装置与重构方法

权利要求书

1.一种大视场超分辨率动态相位无透镜显微成像装置，其特征在于包括依次设置的部分相干或者相干光源(1)、第一平行平板(2)、第二平行平板(3)、样品台(4)、相机(5)构成成像系统，所述部分相干或者相干光源(1)安放于整个成像系统的最上方，并且光源的发光位置位于整个成像系统的光轴上；样品台(4)与部分相干或者相干光源(1)的轴向距离H为20mm～200mm，相机(5)与样品台(4)的距离d为5μm～2mm；第一平行平板(2)、第二平行平板(3)为两个块玻璃构成，放置在部分相干或者相干光源(1)与样品台(4)之间；旋转第一平行平板(2)、第二平行平板(3)实现部分相干或者相干光源(1)产生亚像素位移。

2.一种大视场超分辨率动态相位无透镜显微成像的重构方法，其特征在于步骤如下：

步骤一，图像采集：部分相干或者相干光作为光源，经过平行平板，照射样品后在相机上成像，平行平板每旋转一个角度，相机就采集一幅图像；

所述图像采集过程为部分相干或者相干光作为无透镜显微镜的照明光源，经过第一平行平板(2)、第二平行平板(3)、照射样品(4)，最后在相机(5)上成像，第一平行平板(2)、第二平行平板(3)依次旋转不同角度，每个平行平板最大旋转角度范围在-90°～+90°，每次第一平行平板(2)、第二平行平板(3)旋转后采集一幅低分辨率的图像，I_i(t)，i＝1,2,...,N，N为采集的图像总数量，t为时间空间上的变量，不同时间采集到的I_i(t)存在对应的第一平行平板(2)、第二平行平板(3)倾斜角度相同的可能；

步骤二，初始化：拍到的第一帧图像通过光强传输方程来求取相位，将该相位作为初值利用迭代相位恢复方法求得初始化的相位以及光强信息；

步骤三，帧间亚像素位移量判断：利用采集的图像作为限制值，通过光波复振幅信息在空间中的传递模型，计算出理论的光强信息，通过频域特征空间亚像素定位算法判断出与实际的光强信息的相对亚像素位移量；

步骤四，复振幅信息更新以及迭代重构：对理论的光强信息进行亚像素位置更新后，利用迭代更新系数，再次对理论的复振幅信息更新；

步骤五，停止迭代判断：当迭代次数未满足预设次数时，将步骤三中参考光强更新为采集到的第一帧光强上采样后的图；当达到最后一帧时且满足迭代预设次数，停止迭代，此时空域上获得超分辨率的相位信息，即实现大视场超分辨率相位重构。

3.根据权利要求2所述的大视场超分辨率动态相位无透镜显微成像的重构方法，其特征在于步骤二的初始化光强和相位信息处理过程为：利用照明光源经过第一平行平板(2)、第二平行平板(3)后照射样品(4)所拍摄到第一帧低分辨率图像来初始化高分辨率的振幅与相位信息，假设拍摄到的第一幅图的强度图为I₀(t₀)，利用相位物体在聚焦面上光强是均匀的先验知识，第一帧图像对应的在物面上的光强信息记作具体如下式所示

式中，m,n分别表示采集到的低分辨率图像的横向和纵向的像素数，sum表示为将该低分辨图像中所有的像素对应的灰度值求和；

然后，求解光强的轴向微分值，d为样品4与相机5之间的距离，从而光强传输方程表示为

式中，λ为照明光源的波长，表示哈密顿算子，通过解上述光强传输方程，解得相位信息φ，然后将光强信息I₀(t₀)和计算得到的相位信息φ作为初值，代入迭代相位恢复方法求得初始化的相位以及光强信息。