一種基于壓縮感知的fpm算法
【專利摘要】一種基于壓縮感知的FPM算法，包括以下步驟：1)用FPM平臺(tái)采集不同光照下的低分辨率的圖像ri(x,y)；2)基于不同角度光照下所得到的圖像其實(shí)是正射下的圖像在頻域進(jìn)行平移得到的特點(diǎn)，對采集到的圖像ri(x,y)建立約束，基于該約束，根據(jù)壓縮感知構(gòu)造求解最優(yōu)問題的優(yōu)化問題；3)通過迭代的方法求解所述優(yōu)化問題得到稀疏系數(shù)α，將α與過完備字典相乘得到最終結(jié)果。本算法利用壓縮感知技術(shù)的優(yōu)勢，將原有的FPM算法進(jìn)行了數(shù)學(xué)抽象，將頻域迭代的方法抽象成求解最優(yōu)解的問題，從一個(gè)新的角度來解決圖像超分辨率重建問題，提高了算法的重建效果。
【專利說明】一種基于壓縮感知的FPM算法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于顯微成像、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域，尤其是立體圖形學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種利用基于壓縮感知的FPM算法的圖像超分辨率重建的技術(shù)。
技術(shù)背景
[0002]壓縮感知作為一個(gè)新的采樣理論，通過開發(fā)信號(hào)的稀疏特性，在遠(yuǎn)小于Nyquist采樣頻率的情況下，用隨機(jī)采樣獲取信號(hào)的離散樣本，再通過非線性重建的算法完美地重建信號(hào)。這一理論的提出，拋棄了信號(hào)的冗余信息，在信息論、圖像處理、光學(xué)成像和模式識(shí)別等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。
[0003]Fourier ptychographic microscopy(FPM)是一種基于顯微鏡平臺(tái)的圖像超分辨率重建的方法，可以有效克服空間帶寬積(space bandwidth product)受限的矛盾問題。常見的光學(xué)成像平臺(tái)都會(huì)受到空間帶寬積的限制，即如果我們觀察的視野范圍比較廣，那么觀測物體的放大倍數(shù)就會(huì)偏小；反之，如果我們觀測物體的放大倍數(shù)比較大，那么視野的范圍就會(huì)縮小。而FPM算法很好地解決了這一問題，讓我們能夠獲取廣視野、高分辨率的圖像，由此，突破了光學(xué)成像系統(tǒng)的物理極限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于壓縮感知的FPM算法。
[0005]本發(fā)明提供的基于壓縮感知的FPM算法包括以下步驟:
[0006]I)用FPM平臺(tái)采集不同光照下的低分辨率的圖像& (X，y)，包括:控制LED陣列中LED逐點(diǎn)發(fā)光，成像裝置選擇當(dāng)前LED對應(yīng)的曝光時(shí)間采集圖像& (X，y)；
[0007]2)基于不同角度光照下所得到的圖像其實(shí)是正射下的圖像在頻域進(jìn)行平移得到的特點(diǎn)，對采集到的圖像ri (X，y)建立約束
[0008]ri(x,y) = IIF-1IQ * F{H(x,y)} * φ||2
[0009]其中，H(x，y)為最終結(jié)果，Ci為提取矩陣，Cf為提取矩陣Ci的轉(zhuǎn)置；
[0010]基于該約束，根據(jù)壓縮感知構(gòu)造求解最優(yōu)問題的優(yōu)化問題:

【權(quán)利要求】
1.一種基于壓縮感知的FPM算法，其特征在于包括以下步驟: 1)用FPM平臺(tái)采集不同光照下的低分辨率的圖像&(X，y)，包括:控制LED陣列中LED逐點(diǎn)發(fā)光，成像裝置選擇當(dāng)前LED對應(yīng)的曝光時(shí)間采集圖像η(Χ，y)； 2)基于不同角度光照下所得到的圖像其實(shí)是正射下的圖像在頻域進(jìn)行平移得到的特點(diǎn)，對采集到的圖像ri (X，y)建立約束
Ti(x,y) = WF^HC1 * F{H(x,y)} * Cj}\\2 其中，H(x，y)為最終結(jié)果，Ci為提取矩陣，Cf為提取矩陣Ci的轉(zhuǎn)置； 基于該約束，根據(jù)壓縮感知構(gòu)造求解最優(yōu)問題的優(yōu)化問題:
其中，L等于LED陣列中LED的數(shù)量，Φ為過完備字典，α是稀疏系數(shù)； 3)通過迭代的方法求解所述優(yōu)化問題得到稀疏系數(shù)α，將α與過完備字典相乘得到最終結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的FPM算法，其特征在于，所述FPM平臺(tái)包括顯微鏡，顯微鏡設(shè)置有成像裝置，顯微鏡的光源采用可編程的LED陣列，LED陣列的相鄰兩個(gè)LED之間的距離為4mm，LED陣列與載物臺(tái)之間的距離為7~8cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的FPM算法，其特征在于，采用以下方法確定LED陣列中各個(gè)LED對應(yīng)的成像裝置曝光時(shí)間: 首先確定中心LED的位置:固定一個(gè)曝光時(shí)間，LED陣列上的燈逐點(diǎn)發(fā)光，用成像裝置采集每一張圖像，計(jì)算圖像的亮度分布，估計(jì)中心LED的位置； 然后確定不同區(qū)域的曝光時(shí)間:選定幾個(gè)不同的曝光時(shí)間，LED陣列上的燈逐點(diǎn)發(fā)光，用成像裝置采集每一張圖像，篩選每個(gè)LED對應(yīng)的圖像，確定每個(gè)LED對應(yīng)需要的曝光時(shí)間；主要的原則是:a)曝光時(shí)間盡可能選擇短的，但是一定保證基本保留了圖像信息；b)與中心LED距離相同的LED所需要的曝光時(shí)間應(yīng)該一樣； 所述中心LED為樣本正下方的LED。
【文檔編號(hào)】G06T5/50GK104200449SQ201410420927
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】張永兵, 蔣偉鑫, 戴瓊海 申請人:清華大學(xué)深圳研究生院