(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210844789.3 (22)申请日 2022.07.18 (66)本国优先权数据 202210826767.4 202 2.07.13 CN (71)申请人 暨南大学 地址 510632 广东省广州市天河区黄埔大 道西601号 (72)发明人 彭军政　钟金钢　周维帅　 (74)专利代理 机构 广州润禾知识产权代理事务 所(普通合伙) 44446 专利代理师 郑永泉 (51)Int.Cl. G06T 11/00(2006.01) G06T 7/90(2017.01) G06T 7/73(2017.01)G06T 7/62(2017.01) G02B 21/00(2006.01) (54)发明名称 一种用于宽场照明共焦显微成像系统的信 号提取和重建图像方法 (57)摘要 本发明用 于宽场照明共焦显微成像系统的 信号提取和重建图像方法， 包括以下步骤： 将相 机每个光敏像元作为单像素探测器， 重建得到一 幅图像； 分别从重建的 图像中选择与相机光敏像 元共轭的物 点的发出的信号， 重组得到该物点的 衍射图像； 从每幅重组的图像中， 以每个光敏像 元对应的图像像素点为圆心分别定义一个圆和 圆环， 将圆和圆环上的像素点对应的灰度值累 加， 赋值给与物点共轭的光敏像元对应的图像像 素点， 重组得到共焦图像I圆和I环； 根据空间光调 制器的调制单元和相机光敏像元之间的共轭映 射关系， 将共焦图像I圆和I环进行坐标变换， 获得 与空间光调制器所有调制单元共轭的物点形成 的共焦图像I ′圆和I′环。 权利要求书4页 说明书9页 附图8页 CN 115272504 A 2022.11.01 CN 115272504 A 1.一种用于宽场照明共焦显微成像系统的信号提取和重建图像方法， 其特征在于， 包 括以下步骤： S1： 光源发出的光束经空间光调制器， 调制生成K幅空间分布不均匀的结构光P1,P2,…, Pk,…,PK； 其中k＝1,2,…,K表示结构光图案的数目； 所述空间分布不均匀的结构光被管镜和物镜投影到待测样品， 以使所述待测样品与 结 构光相互作用后发出的光束成像到相机的光敏面； 所述相机拍摄待测样品与空间不均匀的结构光作用后的图像 S2： 将相机的光敏像元D(1 ,1 )作为单像素探测器， 从相机拍摄的每幅图像 中选择光敏像元D(1,1)对应的图像像素点的灰度值， 组成一维灰度值序列 根据该一维灰度值序列， 采用单像素成像 图像重建方法， 重建得到图像 其中m＝1,2, …M和n＝1,2, …N为整数， 分别表示相机 光敏像元的序号； 依次将相机其他光敏像元D(1,2),…,D(m,n),…,D(M,N)作为单像素探测器， 重复步骤S2， 重 建得到图像序列 S3： 从单像素成像重建的图像 中选择与待测样品物点W(1,1) 共轭的图像像素点的灰度值， 记为 将这些灰度值再分别赋值 给光敏像元D(1,1),D(1,2),…,D(m,n),…,D(M,N)对应的图像像素点， 重 组获得待测物点W(1,1)在相机光敏面上产生的衍射图像 所述待测 样品物点W(1,1)与相 机光敏像元D(1,1)物像共轭； 同样， 从单像素成像重建的图像序列 中依次选择与待测 样品物点W(1,2),…,W(m,n),…,W(M,N)共轭的相机光敏面像素点的灰度值， 重复步骤S3， 获得待 测物点W(1,2),…,W(m,n),…,W(M,N)在相机光敏面上产生的衍 射图像 与物点W(1,1),W(1,2),…,W(m,n),…,W(M,N)共轭的相机光敏面像素点在单像素成像重建的 图像 中的坐标是通过标定相机光 敏像元和空 间光调制器调 制单元的物像共 轭映射关系确定的； S4： 在重建的衍射图像 中定义一个以光敏像元D(1,1)对应的图像像素点为圆心， 直 径为d的圆 将圆上的所有像素点对应的图像灰度 值累加， 再赋给光敏像元D(1,1)对应 的图像像素点； 重复上述步骤， 在其余重建的衍射图像 中分别定义一个以光敏像元D(m,n)对应的 图像像素点为圆心， 直径为d的圆 将圆上的所有像素点对应的图像灰度值累加， 再赋给光敏像元D(m,n)对应的图像像素 点， 直至光敏像元D(M,N)对应的像素点赋值完成， 得到共焦图像I圆； 其中0≤d<2d爱里斑， d爱里斑为 待测样品一物点在相机光敏面形成的爱里斑一级暗纹直径； 在重建的衍射图像 中定义一个以光敏像元D(1,1)对应的图像像素点为圆心， 内径权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115272504 A 2为d内、 外径为d外的圆环 将环上的所有像素点对应的图像灰度值累加， 再赋给光敏像 元D(1,1)对应的图像 像素点； 重复上述步骤， 在重建的衍射图像 中定义一个以光敏像元D(m,n)对应的图像像素 点为圆心， 内径为d内、 外径为d外的圆环 将环上的所有像素点对应的图像灰度值累 加， 再赋给光敏像元D(m,n)对应的图像像素点， 直至光敏像元D(M,N)对应的像素点赋值完成， 得到共焦图像I环； 其中0≤d内<d外<2d爱里斑， d爱里斑为待测样品一物点在相机光敏面形成的爱里斑一级暗纹直 径； S5： 通过上述共轭映射关系和共焦图像I圆和I环， 获得和空间光调制器所有调制单元的 物像共轭物点W ′(1,1),W′(1,2),…,W′(m,n),…,W′(M,N)形成的共焦图像 I′圆和I′环； 当圆或者环的 直径等于零时， 采用步骤S4和S5形成的图像为共焦明场图像I0； S6:沿着光轴方向等间隔移动样品， 重复步骤S1 ‑S5， 获得待测样品不同深度的共焦图 像。 2.根据权利要求1所述的用于宽场照明共焦显微成像系统的信号提取和重建图像方 法， 其特征在于， 在步骤S1中， 所使用的K幅结构光图案是傅里叶基底图案， 且所述K幅结构 光图案对应的傅里叶系数位于傅里叶频谱面上的同心圆环上。 3.根据权利要求1所述的用于宽场照明共焦显微成像系统的信号提取和重建图像方 法， 其特征在于， 在步骤S1中， 利用数字微镜空间光调制器、 液晶空间光调制器、 光束干涉 空 间光调制器产生结构光图案， 所述结构光图案为 傅里叶图案。 4.根据权利要求1所述的用于宽场照明共焦显微成像系统的信号提取和重建图像方 法， 其特征在于， 在步骤S4中， 采用图像配准方法处理圆上的采样点对应的灰度值， 获得共 焦图像I圆和I环； 所述图像 配准方法的步骤 包括： 创建L个大小均为M ×N的矩阵 L等于圆或环上的像素点数； 分别从重建 的衍射图像 中， 选择圆或环上第一个像素 点对应的图像灰度值， 分别赋值给矩阵 的像素点(1,1),(1,2), …,(m,n),…,(M,N)； 重复上述步骤， 从重建 的衍射图像 选择圆或环上第二 个像素点对应的图像灰度值， 分别赋值给矩阵 的像素点(1,1),(1,2), …,(m,n),…,(M, N)， 直至圆或环上的像素点全部赋值完毕， 获得L幅图像 选择共焦明场图像I0为基准， 将图像 与图像I0配准， 将配准后的图像累 加， 获得共焦图像I圆或I环； 所述圆或环上第一个像素点可以是圆或环上任意一个点， 按照设定路径选择下一个像 素点， 直到圆或环上的所有像素点被选择完成为止 。 5.根据权利要求1所述的用于宽场照明共焦显微成像系统的信号提取和重建图像方 法， 其特征在于， 在步骤S4中， 衍 射爱里斑的直径d爱里斑的确定步骤如下：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115272504 A 3