超分辨成像方法和等光程及非等光程超分辨成像系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106504195A(43)申请公布日2017.03.15(21)申请号201610957687.7(22)申请日2016.10.27(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人刘正君郭澄陈卡娜谭久彬刘俭(74)专利代理机构哈尔滨市伟晨专利代理事务所(普通合伙)23209代理人陈润明(51)Int.Cl.G06T3/40(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图3页(54)发明名称超分辨成像方法和等光程及非等光程超分辨成像系统(57)摘要本发明公开了基于分数傅里叶变换域的超分辨成像方法和等光程及非等光程超分辨成像系统。该超分辨成像方法包括：采集物体不同分数阶的N个强度图像；首先利用随机函数初始化目标平面的复振幅，进行不同分数阶变换以得到在测量平面相应的相位和振幅，保留相位信息舍弃振幅信息；将此N个测量振幅图像及相应保留相位，组合成复振幅，并分别进行逆分数傅里叶变换得到相应N个目标平面图像，并将此N个目标平面图像的振幅和相位分别取算术平均值，所得振幅和相位的均值相结合即为下一次迭代中目标平面复振幅的更新值；不断利用以上步骤迭代计算得到重构复振幅，相应强度即为重构图像，经过多次迭代即可得到超光学分辨力的重构图像。CN106504195ACN106504195A权利要求书1/2页1.基于分数傅里叶变换域的超分辨成像方法，其特征在于，所述超分辨成像方法包括：步骤一、采集物体在相干光照明条件下的N个强度图像，以获得所述N个强度图像对应的N个强度图像振幅信息n∈[1,N]，其中，所述N个强度图像的分数阶各不相同；步骤二、利用随机函数初始化目标平面的复振幅步骤三、对所述N个强度图像对应的N个分数阶进行分数傅里叶变换，以得到测量平面上与目标平面的复振幅相对应的相位信息和振幅信息An′，保留该相位信息而舍弃该振幅信息An′；步骤四、通过结合所述N个强度图像振幅信息及各自对应保留的相位信息获得所述测量平面对应的N个复振幅对所述测量平面对应的N个复振幅分别进行逆分数傅里叶变换而得到所述目标平面图像对应的N个复振幅步骤五、对所述目标平面图像对应的N个复振幅中的振幅和相位分别取算术平均值，以根据得到的振幅平均值和相位平均值来确定下一次迭代中目标平面复振幅的更新值；步骤六、判断当前迭代是否收敛，若收敛则结束迭代并执行步骤七；若不收敛则返回执行步骤三；步骤七、根据当前得到的目标平面的复振幅获得超分辨重构图像。2.根据权利要求1所述的超分辨成像方法，其特征在于，步骤一中利用等光程超分辨成像系统来采集物体在相干光照明条件下的N个强度图像；其中，该等光程超分辨成像系统包括用于照明的相干光源、用于产生均匀照明光束的扩束镜、用于将光束一分为二的多个分光镜、用于收集图像的N个电荷耦合元件以及用于产生不同分数阶、焦距互不相等的N个凸透镜；所述相干光源发出的光照明待成像的物体后的透射光通过所述多个分光镜分为N路，每一路透射光分别经过该路对应的凸透镜后被对应的电荷耦合元件采集，以获得所述N个强度图像；其中，每一路透射光对应的分数傅里叶变换总光程均相同。3.根据权利要求1所述的超分辨成像方法，其特征在于，步骤一中利用非等光程超分辨成像系统来采集物体在相干光照明条件下的N个强度图像；其中，该非等光程超分辨成像系统包括用于照明的相干光源、用于产生均匀照明光束的扩束镜、用于将光束一分为二的多个分光镜、用于收集图像的N个电荷耦合元件以及用于产生不同分数阶的N个等焦距凸透镜；所述相干光源发出的光照明待成像的物体后的透射光通过所述多个分光镜分为N路，每一路透射光分别经过该路对应的凸透镜后被对应的电荷耦合元件采集，以获得所述N个强度图像；其中，每一路透射光对应的分数傅里叶变换总光程各不相同。4.根据权利要求2或3所述的超分辨成像方法，其特征在于，步骤三中采用Lohmann第一类光学分数傅里叶变换方法来对所述N个强度图像对应的N个分数阶进行分数傅里叶变换，其中，所述N个分数阶通过改变下式中的d或者f来实现：d＝f(1-cosα)；在该式中，d表示相应凸透镜到测量平面的距离，f表示相应凸透镜的焦距，α表示相应2CN106504195A权利要求书2/2页的分数阶。5.根据权利要求2或3所述的超分辨成像方法，其特征在于，N＝4，且所述多个分光镜的数量为3。6.根据权利要求1所述的超分辨成像方法，其特征在于，在对所述测量平面对应的复振幅进行逆分数傅里叶变换之前，还包括：每一次迭代中，每个测量平面复振幅的振幅分量都来自于实验所采集的强度图像。7.根据权利要求1所述的超分辨成像方法，其特征在于，在步骤六中：当迭代次数达到预设次数时，判断当前迭代是收敛的；或计算本次迭代与上一