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专利号: 2023103920599
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于光谱复用的傅里叶叠层显微的高光谱成像装置,其特征在于,包括:

水平组件(100),包括卤素灯(101)、分光镜(102)、滤光片(103)、棱镜(104)、合束镜(105)以及反射镜(106),所述卤素灯(101)设置在所述分光镜(102)一侧,所述分光镜(102)另一侧设置有所述滤光片(103),所述合束镜(105)设置在所述棱镜(104)和所述反射镜(106)之间,所述滤光片(103)设置在所述棱镜(104)另一侧;

垂直组件(200),包括x‑y平面板(201)、待测样品(202)、显微物镜(203)、瞳孔光圈(204)、套筒透镜(205)以及CMOS相机(206),所述待测样品(202)顶部设置有显微物镜(203),所述待测样品(202)底部设置有x‑y平面板(201),所述显微物镜(203)的顶部设置有瞳孔光圈(204),所述瞳孔光圈(204)顶部设置有套筒透镜(205),所述CMOS相机(206)设置在所述套筒透镜(205)顶部;经所述反射镜(106)反射的出射光束穿过设置在x‑y平面板(201)上的小孔。

2.根据权利要求1所述的基于光谱复用的傅里叶叠层显微的高光谱成像装置,其特征在于:所述卤素灯(101)为宽光谱白光,分光镜(102)的出射光束中心与滤光片(103)的中心、合束镜(105)的中心重合,经反射镜(106)反射的出射光束中心与显微物镜(203)、瞳孔光圈(204)、套筒透镜(205)的中心重合。

3.采用如权利要求1或2所述的基于光谱复用的傅里叶叠层显微的高光谱成像装置的方法,其特征在于,包括:将光谱复用照明装置耦合不同波段的光作为光源照射样品,CMOS相机(206)通过傅里叶叠层显微成像系统获取一系列非相干混合态低分辨率强度图像;

基于光谱复用的相位恢复傅里叶叠层算法对所述一系列非相干混合态低分辨率强度图像进行解耦再恢复,得到包括原始精确波长光谱信息的高空间分辨率和大视场的图像;

更换不同波长的滤光片,循环迭代,直至获取一系列离散光谱图像;

利用插值算法对所述一系列离散光谱图像进行插值,重建出具有大视场、高空间和高光谱分辨率的图像。

4.根据权利要求3所述的基于光谱复用的傅里叶叠层显微的高光谱成像方法,其特征在于:光谱复用照明装置可扩展光路,所述滤光片(103)的个数可为若干个。

5.根据权利要求4所述的基于光谱复用的傅里叶叠层显微的高光谱成像方法,其特征在于:所述一系列非相干混合态低分辨率强度图像的成像的步骤包括,光谱复用照明系统的出射光传播到傅里叶叠层显微成像系统的待测样品平面,出射光通过带孔的x‑y平面板(201),使含有混合态光谱信息的入射光束照射待测样品,其中,照射待测样品的光波使用空间函数O(x,y)表示,x、y共同构成待测样品平面;

待测样品的出射光依次进入显微物镜(203)、瞳孔光圈(204)、套筒透镜(205),当待测样品的出射光传播到CMOS相机(206)上可以获取到一系列非相干混合态低分辨率强度图像,所述一系列非相干混合态低分辨率强度图像的计算包括,2

Im=|Om,fil(x,y)|

其中,Im表示实际捕获的低分辨率强度图像,Om,fil(x,y)表示实际捕获的低分辨率强度图像。

6.根据权利要求5所述的基于光谱复用的傅里叶叠层显微的高光谱成像方法,其特征在于:所述原始精确波长光谱信息的高空间分辨率和大视场的图像的获取包括,基于目标样品函数的图像强度Ih和波长为 的入射平面波 初始化估计一个目标样品函数O(x,y),并利用所述目标样品函数O(x,y)生成对应不同相干状态下的低空间分辨率的样品函数。

7.根据权利要求6所述的基于光谱复用的傅里叶叠层显微的高光谱成像方法,其特征在于:所述目标样品函数O(x,y)的计算包括,其中,O(x,y)表示目标样品函数,Ih表示目标样品函数的图像强度, 表示波长为 的入射平面波。

8.根据权利要求7所述的基于光谱复用的傅里叶叠层显微的高光谱成像方法,其特征在于:还包括,基于目标样品的强度分量获取非相干混合It,非相干混合It的计算包括,It=Ic1+Ic2其中,Ic1表示非相干混合态中第一个波长的强度分量,Ic2表示非相干混合态中第二个波长的强度分量;

利用实际捕获得到的强度图像Im、非相干混合It以及非相干混合态中第一个波长的强度分量Ic1,更新目标样品的强度图像,并利用更新后的目标样品的强度图像修改估计目标样品的相应光谱区域;

更新后的目标样品的强度图像的计算包括,

其中,Im表示实际捕获的低分辨率强度图像,It表示非相干混合,Ic1表示非相干混合态中第一个波长的强度分量,Ic′1表示更新后的目标样品的强度图像;

对所有捕获到的低空间分辨率的强度图像重复整个过程,当所有捕获的强度图像都被更新一次之后,即为一个迭代周期,循环迭代,直至最后恢复算法收敛,即完成非相干混合态图像的解耦合恢复重建,得出原本精确光谱波长的光谱图。

9.根据权利要求4~8任意一项所述的基于光谱复用的傅里叶叠层显微的高光谱成像方法,其特征在于:所述插值算法为已知三次样条插值,具体包括,设定光谱数据生成的光谱曲线有N段,每段曲线为S(x),一系列光谱数据点为x0,x1,x2,......,xN,对应每个点的值为y0,y1,y2,......,yN;

2 3

设三次多项式Si(x)=ai+bi(x‑xi)+ci(x‑xi) +di(x‑xi) ,其中,数据点xi和xi+1间隔的曲线为Si(x),ai、bi、ci、di均表示系数;

将关系式 带入三次多项式中可解得系数满足的关系式;

令Si″(x)=0,得到每段的插值。