[发明专利]基于LED光源的无透镜显微镜及其图像重构方法

摘要

本发明公开了一种基于LED光源的无透镜显微镜及其图像重构方法，依次设置LED光源、针孔、样品台、相机构成成像系统，LED光源安放于整个成像系统的最下方，并且其光敏面位于整个成像系统的光轴上；针孔紧靠并正对着LED光源的发光面，该LED光源作为无透镜显微镜的照明光源，中心波长为λ单色LED或红绿蓝三色LED，首先以LED作为无透镜显微镜的照明光源，拍摄所需要的光强图像，然后通过迭代法相位恢复得到待测光波场的相位信息，最后通过计算机实现数值反传播获得待测物体的聚焦图像。本发明不借助于任何成像光学元件，从而简化系统结构，缩小显微镜体积，大大降低成本。

主权项

一种基于LED光源的无透镜显微镜的图像重构方法，其特征在于LED光源(1)作为无透镜显微镜的照明光源，中心波长为λ单色LED或红绿蓝三色LED，首先以LED作为无透镜显微镜的照明光源，拍摄所需要的光强图像，然后通过迭代法相位恢复得到待测光波场的相位信息，最后通过计算机实现数值反传播获得待测物体的聚焦图像；所述单色LED显微的图像重构步骤如下：第一步：采用单色LED(1)作为无透镜显微镜的光源，照射样品后相机(4)采集一幅光强图像Iz(x,y)，其中(x,y)代表图像平面的二维坐标，将Iz(x,y)称为图像平面光强分布，这里下标中的z代表该物理量位于图像平面；第二步：初始化图像平面相位分布φzn(x,y)为0，此时图像平面的复振幅分布n代表迭代次数，初始化过程n＝0，j为虚数单位，z代表了图像平面与物平面之间的距离；第三步：将第二步得到的图像平面的复振幅分布Uzn(x,y)，采用下式将其“反传播”‑z的距离，从而就回到了物体本身所在的物平面上，得到物平面上的复振幅分布U0n(x,y)式中傅里叶变换与反变换分别被记作与(u,v)代表相对于(x,y)的频域坐标；下标的0代表该物理量位于物体本身所在的物平面，H‑z(u,v)是角谱传输函数，其形式为H-z(u,v)=exp[-j2πzλ1-(λu)2-(λv)2]]]>式中λ为照明光波波长，j为虚数单位，这里H‑z下标中‑z代表反传播‑z的距离到达物体本身所在的物平面；由物平面上的复振幅分布U0n(x,y)，按下式相继得到物平面上的光强分布I0n(x,y)与物平面上的相位分布φ0n(x,y)I0n(x,y)＝|U0n(x,y)|2φ0n(x,y)＝angle{U0n(x,y)}其中angle{}代表取复数的幅角部分；第四步：将第三步得到的图像平面的复振幅分布U′zn(x,y)阈值化，即Uzn′(x,y)=mean2{I0n(x,y)}I0n(x,y)≥a×mean2{I0n(x,y)}Uzn(x,y)I0n(x,y)<a×mean2{I0n(x,y)}]]>其中a为一阈值；第五步：将第四步得到的阈值化后的图像平面的复振幅分布U′zn(x,y)，采用下式将其传播z的距离，从而就回到了图像平面，得到传播后的图像平面复振幅分布U′zn(x,y)式中傅里叶变换与反变换分别被记作与(u,v)代表相对于(x,y)的频域坐标；Hz(u,v)是角谱传输函数，其形式为Hz(u,v)=exp[j2πzλ1-(λu)2-(λv)2]]]>式中λ为照明光波波长，j为虚数单位；这里Hz下标中的z代表传播z的距离返回图像平面；第六步：将第五步得到的传播后的图像平面复振幅分布U′zn(x,y)采用测量值替换，得到修正后的图像平面复振幅分布Uzn(x,y)即Uzn(x,y)=Iz(x,y)Uzn′(x,y)|Uzn′(x,y)|]]>第七步：计算光强误差函数ΔIzn(x,y)，ΔIzn(x,y)＝abs(|U′zn(x,y)|2‑Iz(x,y))这就完成了一个回合的迭代补偿，并令n＝n+1；此后，第三到第七步将一直不停的迭代执行下去，一直到满足终止条件为止，最终取物平面上的光强分布I0n(x,y)与物平面上的相位分布φ0n(x,y)为待测物体的光强分布与相位分布进行显示。