自适应像差校正反射式傅里叶叠层成像方法

本发明属于远场合成孔径成像技术，具体为一种自适应像差校正反射式傅里叶叠层成像方法。

背景技术：

1、傅里叶叠层显微成像技术(fpm)是一种计算光学成像技术，其结合了相位恢复算法与合成孔径技术，能够重构出物体相位，并在大视场范围内实现超分辨成像。最早，fpm技术在活细胞相位成像方面应用广泛，研究者通常需要对透明样本进行高分辨率成像，其能够提供更加清晰、视场范围更广的成像结果。近年来，fpm技术逐渐被应用至宏观远场成像，其可以提高光学成像系统的空间带宽积，大幅度提升远距离探测成像系统的成像性能。然而在宏观远场成像领域，研究对象通常是不透明的物体，因此需要一种能够准确捕捉物体反射信息的成像技术。在这种情况下，反射式傅里叶叠层成像技术应运而生。相对于透射式傅里叶叠层成像方法，反射傅里叶叠层成像技术能够有效地揭示待测目标的表面信息。对于远场反射式傅里叶叠层成像系统，其系统结构相对复杂，系统稳定性、环境变化、系统像差、系统误差等问题都会影响系统成像质量。因此，研究一种能够校正系统像差、减少系统误差影响的成像方法是极其重要的。

2、2014年，ou等提出了一种用于傅里叶叠层成像系统的嵌入式瞳孔恢复算法(epry)，该方法借鉴空域叠层成像技术中的光瞳函数波前恢复的思想，并可以仅利用捕获的低分辨率图像就可以同时重建无像差图像和恢复光学系统的瞳孔函数。2022年，xiang等针对孔径扫描远场傅里叶叠层成像提出了一种基于相位分集的傅里叶叠层成像算法(pdfp)，用于校正变化的像差，该方法允许孔径扫描傅里叶叠层成像技术使用更简单的光学系统进行成像，并且能够有效提升图像重构质量。但这些方法都需要较高的数据冗余才能实现重建，因此扫描式远场成像系统将会花费大量时间采集原始数据。在如此长时间范围内，系统的稳定性、环境的变化都会使最终成像结果成像质量降低，所以如果能够降低系统采样次数，那么成像时间将会大大缩短，系统中不稳定的因素也会随之减少，重构质量也将得到提升。因此实现使用更少的原始数据集重建具有相同效果的图像并校正系统像差是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明本发明的目的在于提供一种自适应像差校正反射式傅里叶叠层成像方法，以解决系统参数误差、系统不稳定性、系统像差等造成成像质量较差的问题，能够有效校正系统像差并提升系统成像效率。

2、实现本发明目的的技术方案为：一种自适应像差校正远场反射式傅里叶叠层成像方法，步骤如下：

3、步骤一：利用成像系统扫描采集若干幅已知尺寸的样品的低分辨强度图；

4、步骤二：在非相干光源照明下，对已知尺寸的样品进行成像，利用物像关系，确定成像放大率；

5、步骤三：利用成像放大率与空域位移量确定图像在靶面中相对基准位置的偏移量，通过傅里叶变换位移定理对原始图像进行亚像素配准；

6、步骤四：选择靠近明暗场交界处的低分辨明场图，利用频谱特性，计算得到孔径的大小及形状；

7、步骤五：计算理论子孔径频域对应位置，设置模拟退火算法的搜素范围与搜索步长，从高分辨频谱中取出搜索得到的子孔径频谱，将子孔径频谱转换至空域并计算搜索到的子孔径振幅与实际拍摄图像误差函数，选择误差最小的子孔径位置作为标定结果，初始时，高分辨频谱为靠近明暗场交界处的低分辨明场图的频谱；

8、步骤六：采用结合自适应像差校正的傅里叶叠层成像重构算法，初始化样品与光瞳函数，对其进行更新迭代，当代价函数小于设定阈值时，停止迭代完成重建。

9、本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)加入对系统孔径形状及大小的标定，并使用模拟退火算法校正子孔径频域位置，有效地降低了系统参数误差对重构精度以及重建结果分辨率的影响。(2)相比于传统远场合成孔径技术，加入了校正系统像差的功能，有效地提升系统重构质量。(3)位移台仅需要驱动相机扫描拍摄6次，即使用6张低分辨光强图就可以实现超分辨重建与校正像差，有效地提升系统成像效率。

10、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

技术特征：

1.一种自适应像差校正远场反射式傅里叶叠层成像方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的自适应像差校正远场反射式傅里叶叠层成像方法，其特征在于，利用成像系统扫描采集若干幅已知尺寸的样品的扫描拍摄样品低分辨强度图的具体方法为：

3.根据权利要求1所述的自适应像差校正远场反射式傅里叶叠层成像方法，其特征在于，步骤二在非相干光源照明下，对物高为y的目标物体成像，计算靶面中像所占像素个数并乘上像素尺寸，求得像高y′，计算成像放大率β＝y′/y。

4.根据权利要求1所述的自适应像差校正远场反射式傅里叶叠层成像方法，其特征在于，利用傅里叶变换位移定理将原始图像配准到基准位置：

5.根据权利要求1所述的自适应像差校正远场反射式傅里叶叠层成像方法，其特征在于，对靠近明暗场交界处的低分辨明场图进行傅里叶变换得到低分辨频谱，提取频谱中能量大于设定阈值的部分，确定孔径形状；

6.根据权利要求1所述的自适应像差校正远场反射式傅里叶叠层成像方法，其特征在于，在搜索范围与搜索步长范围内从高分辨频谱中计算子孔径频谱：

7.根据权利要求1所述的自适应像差校正远场反射式傅里叶叠层成像方法，其特征在于，步骤六采用结合自适应像差校正的傅里叶叠层成像重构算法，初始化样品与光瞳函数，对其进行更新迭代，当代价函数小于设定阈值时，停止迭代完成重建的具体过程为：

8.根据权利要求1所述的自适应像差校正远场反射式傅里叶叠层成像方法，其特征在于，采集的已知尺寸的样品的低分辨强度图至少为6幅。

技术总结本发明公开了一种自适应像差校正远场反射式傅里叶叠层成像方法。该方法通过二轴精密位移台控制相机扫描采集对应子孔径位置的6张低分辨子图，并使用拍摄的低分辨图像标定系统孔径形状与大小，以及使用模拟退火算法对子孔径频域位置进行校正，再利用自适应像差校正傅里叶叠层成像重构算法，同时重构物体与系统光瞳函数，实现像差校正。本发明所提出的方法可以解决系统参数误差、系统不稳定性、系统像差等造成成像质量较差的问题，并有效地提升成像效率。技术研发人员：孙佳嵩,金宇飞,左超,陈钱,束业峰,王博文受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20