一种基于LED阵列照明的显微成像系统位置标校方法

技术特征：
1.一种基于led阵列照明的显微成像系统位置标校方法，其特征在于，该方法包括：步骤1，在不放置样本的情况下，拍摄一组带有渐晕图样的图像；步骤2，对各图像进行预处理及二值化，提取对应的渐晕圆弧轮廓；步骤3，对提取的渐晕圆弧轮廓进行圆拟合，获取有效拟合得到的渐晕圆半径，以及对应的有效渐晕圆弧轮廓；步骤4，对得到的渐晕圆半径去除部分奇异值，获得有效的渐晕圆半径；步骤5，对有效的晕圆半径进行加权求和，得到最终的渐晕圆半径估计值；步骤6，利用最终的渐晕圆半径估计值作为待拟合圆半径，重新对各有效的渐晕圆弧轮廓进行圆拟合，获得各图像对应的渐晕圆圆心坐标；步骤7，取图像坐标系coor
img
，将坐标系原点设为渐晕圆圆心，通过各图像对应的渐晕圆圆心坐标计算在图像坐标系coor
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下，各图像中心的坐标；步骤8，基于照明波矢的中心对称性质，对关于中心led照明中心对称的图像中心坐标求平均值，得到中心led照明对应图像中心在图像坐标系coor
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的坐标，即光轴所在坐标，而渐晕圆圆心为中心led照明对应的光束中心，计算led阵列中心照明相对于光轴的距离；步骤9，取led阵列照明坐标系coor
ill
，坐标系原点为中心led照明中心，利用各led照明对应的图像中心在图像坐标系coor
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的坐标，拟合出坐标系coor
ill
的xy轴方向，计算得到led阵列照明坐标系coor
ill
与图像坐标系coor
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的夹角θ；步骤10，由于渐晕圆圆周区域可视为入射角为孔径角，渐晕圆圆心为该led照明情况下光束中心与像面的交点，由入射角计算公式得到led阵列平面到样本平面的像素高度；步骤11，利用入射角计算公式，将各led照明对应图像中心的坐标带入，计算得到各led照明对应的入射角，根据已知的led照明的实际间距，根据入射角列等式计算各led阵列平面到样本平面的高度，对计算的高度求平均值，得到led阵列平面到样本平面的实际高度估计；步骤12，由led阵列中心照明相对于光轴的像素距离，将计算得到的实际高度估计带入，得到中心led照明到光轴的实际距离；步骤13，根据计算得到的led阵列平面到样本平面的高度h，中心led照明到光轴的距离以及led阵列照明坐标系coor
ill
相对于图像坐标系coor
img
的偏转角θ，标定当前系统光路位置信息；步骤14，根据标定校正后的各led照明对应图像坐标系coor
img
下的实际坐标，计算校正后的各led照明对应的照明波矢，消除系统位置误差的影响，带入傅里叶叠层迭代更新重建中，获得傅里叶叠层成像效果。2.根据权利要求1所述的基于led阵列照明的显微成像系统位置标校方法,其特征在于,步骤1中采集图像时使用低na的物镜，且采用大靶面的相机，图像roi居中于完整图像画幅，步骤2中，对各图像进行高斯模糊预处理，基于otsu算法进行图像的二值化，对二值化后的图像进行开操作和闭操作以消除杂光影响，随后对预处理后的二值图提取其渐晕圆弧轮廓c
j
(j＝1,2,3,
…
,n)。3.根据权利要求1所述的基于led阵列照明的显微成像系统位置标校方法,其特征在于,步骤4中，去除奇异值时计算的渐晕圆半径r
i
的均值μ和方差σ，取范围在[μ-0.5*σ,μ 0.5*σ]的r
i
为有效值，范围之外的作为奇异值去除，步骤5中，加权求和计算渐晕圆半径估
计值其中权重w
i
为归一化的图像渐晕圆弧轮廓长度4.根据权利要求1所述的基于led阵列照明的显微成像系统位置标校方法,其特征在于,步骤7中的图像坐标系coor
img
，坐标原点设为渐晕圆圆心，xy轴方向为图像的xy方向；各led照明对应的图像中心坐标，则是关于坐标原点中心对称的各led照明对应照明波矢；步骤8中，基于照明波矢的中心对称性质，拟合出的中心led照明对应图像中心，在此设为光轴与像面的交点，其与原点的距离即为中心led照明对应照明波矢相对于光轴的距离。5.根据权利要求1所述的基于led阵列照明的显微成像系统位置标校方法,其特征在于,步骤9中的led阵列照明坐标系coor
ill
，坐标原点设为中心led照明单元，xy轴方向为led阵列平板的xy方向，利用步骤7中各led照明对应图像中心可拟合出led阵列照明坐标系coor
ill
的xy轴方向。6.根据权利要求1所述的基于led阵列照明的显微成像系统位置标校方法,其特征在于,步骤10中，各led照明的入射角计算公式为：其中l为该led照明单元相对于光轴的距离，h为led阵列平面到样本平面的高度；根据渐晕圆半径估计值r
vig
及其对应入射角为孔径角θ
na
，计算led阵列平面到样本平面的像素高度的公式为：7.根据权利要求1所述的基于led阵列照明的显微成像系统位置标校方法,其特征在于,步骤11中，计算各led照明对应照明波矢其中l
i
已知，求得led阵列平面到样本平面的实际高度对h
i
求均值，得led阵列平面到样本平面的实际高度估计h。同理，在步骤12中，求得中心led照明单元到光轴的实际距离difx,dify。8.根据权利要求1所述的基于led阵列照明的显微成像系统位置标校方法,其特征在于,步骤13中，根据计算得到的led阵列平面到样本平面的实际高度估计h，中心led照明单元到光轴的实际距离difx,dify，led阵列照明坐标系coor
ill
相对于图像坐标系coor
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的偏转角θ，校正图像坐标系coor
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下各led照明的方位信息：h＝hh＝hh＝h
其中h为led阵列平面到样本平面的高度，和分别是第i个led照明相对于中心led照明在led阵列照明坐标系coor
ill
的x,y轴方向上的实际距离；和是第i个led照明中心在led阵列照明坐标系coor
ill
上的实际坐标；和是第i个led照明中心在图像坐标系coor
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下的坐标。9.根据权利要求1所述的基于led阵列照明的显微成像系统位置标校方法,其特征在于,步骤14中，计算各led照明对应入射角的公式为：于,步骤14中，计算各led照明对应入射角的公式为：

技术总结
本发明提出了一种基于LED阵列照明的显微成像系统位置标校方法。在不放置样本的情况下，采集图像提取渐晕圆圆弧，并通过圆拟合获得其半径及对应圆心坐标。建立图像坐标系。建立LED阵列照明坐标系。拟合各LED照明对应图像中心计算LED阵列照明坐标系的相对于图像坐标系的偏转角θ。根据LED照明下各图像中心坐标计算得到中心LED照明对应的图像中心坐标。渐晕圆圆周可视为孔径角区域，结合拟合的渐晕圆像素半径，计算得到LED阵列平面到物面的像素高度。对各LED照明对应入射角建立等式，可计算得到LED阵列平面到物面的实际高度h，和中心LED照明单元相对于光轴的XY位置偏移difx、dify。本发明实现照明波矢的校正，消除系统位置误差影响，以此提升傅里叶叠层成像效果。以此提升傅里叶叠层成像效果。以此提升傅里叶叠层成像效果。


技术研发人员：玄玉波 何群山 何厚良 陈庆华 郭校源
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2022.08.16
技术公布日：2022/12/12