[发明专利]基于LED阵列位置误差快速校正的傅里叶叠层成像系统及方法

权利要求书

1.一种基于LED阵列位置误差快速校正的傅里叶叠层成像系统，其特征在于，包括如下硬件：COMS传感器(1)、显微物镜(2)、样品载物台(3)和可编程LED阵列(4)，其特征在于，硬件从上往下安装顺序依次为CMOS传感器(1)，显微物镜(2)，样品载物台(3)和LED阵列(4)。

2.根据权利要求1所述的基于LED阵列位置误差快速校正的傅里叶叠层成像系统，其特征在于，所述样品载物台(3)和可编程LED阵列(4)的距离为80mm，每颗LED间的间距为2mm，照明光波长为630nm，所述显微物镜(2)的数值孔径为0.1。

3.根据权利要求1所述的基于LED阵列位置误差快速校正的傅里叶叠层成像系统，其特征在于，所述系统外围搭建黑色幕布以屏蔽周围环境光。

4.一种利用如权利要求1-3任一项所述的基于LED阵列位置误差快速校正的傅里叶叠层成像系统进行傅里叶叠层成像的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：构建傅里叶叠层显微成像系统；

步骤2：校正LED阵列；

步骤3：计算重建图像。

5.根据权利要求4所述的傅里叶叠层成像方法，其特征在于，步骤1包括如下具体步骤：

步骤1.1：从上往下依次安装CMOS传感器(1)，显微物镜(2)，样品载物台(3)和LED阵列(4)；

步骤1.2：将样品放在样品载物台(3)上；

步骤1.3：设置样品载物台(3)和可编程LED阵列(4)的距离为80mm，每颗LED间的间距为2mm，照明光波长为630nm，显微物镜(2)的数值孔径为0.1；

步骤1.4：在系统外围搭建黑色幕布。

6.根据权利要求4所述的傅里叶叠层成像方法，其特征在于，步骤2包括如下具体步骤：

步骤2.1：初始化高分辨率样品函数O(u，v)，和光瞳函数P(u，v)；

步骤2.2：每次点亮k颗LED(k≤4)，记录下每次拍摄到的图像I_m(x，y)，(x，y)代表空域中的坐标，相对应的频域中的坐标为(u，v)；针对每个LED的偏差设定八个不同方向随机的频移增量，方向分别为在x-y坐标轴中+x方向，+y方向，-x方向，-y方向以及坐标轴对角线的四个方向，频移增量大小随机取在[0，Δz]之间，z表示一个随机数；

步骤2.3：把每个方向的k颗LED对应的随机频移增量加起来求平均值得到该方向的频移增量，由此得到八个不同方向的频移增量(Δu_r，m，n，Δv_r，m，n)，r＝1，2...8，代表八个不同方向，m，n代表第m行，第n列的LED；

步骤2.4：计算样品经过频移后的图像强度，点亮一盏LED时其位置为(x_m，n，y_m，n)，m，n代表第m行，第n列的LED，对应于频域的位移其中的(x^o，y^o)代表LED最中心的位置坐标，代表LED元件在行m，列n上的位置，λ是照明波长，h代表LED阵列和样品之间的距离，用该颗LED出射的平面波来照射样品使得样品在傅里叶域发生频移，再加上由步骤2.3得到的频移增量再乘上光瞳函数，得到预测频谱得到单颗LED照射的照射强度图为其中为傅里叶变换，k表示第k颗LED；得到k颗LED照射的在某一方向预测的总强度为再把得到的预测强度图和实际拍摄的图像强度I_m(x，y)相减并求平方，计算八个方向的代价函数取代价函数最小的方向为s，得到八个方向中最接近正确位置的频偏记为频谱u_sum，v_sum，代表k颗LED一起照射时发生的频域位移，在计算u_sum，v_sum时把k颗LED看成同一个光源，按照步骤2.4的频域的位移公式来算；表示k颗LED一起照射时并且在s方向上的预测频谱；

步骤2.5：用拍摄得到的图片强度的开方，即更新预测频谱的振幅，并且保持相位不变，预测频谱的相位是代表的空间域表示，得到更新后的空间域函数为并计算更新后频谱和预测频谱的差值ΔO(u_sum，v_sum)用于更新样品函数和光瞳函数；

步骤2.6：更新光瞳函数和样品函数，

δ₁和δ₂是一些确保数值稳定性的正则化常数，设置为δ₁＝1，δ₂＝1000，O^*代表样品函数的共轭函数，P^*代表光瞳函数的共轭函数，P_l代表前一次循环中的光瞳函数，P_l+1代表更新后的光瞳函数。O_l代表前一次循环中的样品函数，O_l+1代表更新后的样品函数。

步骤2.7：点亮下一组LED，每次点亮k颗LED，重复步骤2.2-2.6，直到遍历完所有LED，从所有中挑出使得代价函数最小的一组

步骤2.8：利用和步骤2.4的频域的位移公式，重新算出LED的位置信息，然后把步骤2.2的Δz减半即Δz＝Δz/2，再重复步骤2.1-2.8，循环持续10轮。

7.根据权利要求4所述的傅里叶叠层成像方法，其特征在于，步骤3包括如下具体步骤：

经过步骤2的数次循环后，把更新后的频谱转换到空间域得到校正后的重建图像。