详情

原文传递基于压缩感知和随机多焦点扫描的三维体成像方法及装置

专利名称：	基于压缩感知和随机多焦点扫描的三维体成像方法及装置
摘要：	本发明公开了一种基于压缩感知和随机多焦点扫描的三维体成像方法及装置，其中，该方法包括：在预先搭建的成像系统中，通过飞秒脉冲激光器产生超短激光脉冲，利用多个4f成像系统将空间光调制器共轭到物镜后焦面；根据最小均方误差损失函数和ADAM非凸优化算法生成多个相位图案并将其依次显示在空间光调制器上，通过物镜后焦面在样品上生成每个相位图案对应的多个焦点位置，对每个相位图案对应的多个焦点位置进行多次扫描，生成样品信息图像序列；构建探测矩阵，根据探测矩阵和压缩感知稀疏重建算法对样品信息图像序列进行逐像素的重建，生成样品的三维信息。该方法具有宽视场、高时间分辨率、高空间分辨率、适合视频速率三维体成像的优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	清华大学
发明人：	戴琼海;李欣阳;张元龙;孔令杰;王好谦
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910774263.0
公开号：	CN110470667A
代理机构：	北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	王艳斌
分类号：	G01N21/84(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100084 北京市海淀区清华园
主权项：	1.一种基于压缩感知和随机多焦点扫描的三维体成像方法，其特征在于，包括以下步骤： S1，在预先搭建的成像装置中，通过飞秒脉冲激光器产生超短激光脉冲，所述超短激光脉冲通过多个4f成像系统、空间光调制器和物镜后焦面后聚焦在样品上，根据所述超短激光脉冲和所述多个4f成像系统将所述空间光调制器共轭到所述物镜后焦面； S2，构建最小均方误差损失函数，根据所述最小均方误差损失函数和ADAM非凸优化算法生成多个相位图案； S3，将所述多个相位图案依次显示在所述空间光调制器上，通过所述物镜后焦面在所述样品上生成每个相位图案对应的多个焦点位置，通过扫描振镜对所述每个相位图案对应的多个焦点位置进行多次扫描，生成样品信息图像序列； S4，根据所述每个相位图案在所述样品上对应的焦点个数及焦点位置生成探测矩阵，根据所述探测矩阵和压缩感知稀疏重建算法对所述样品信息图像序列进行逐像素的重建，生成所述样品的三维信息。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S1之前还包括：对所述样品的参数进行设定；所述对所述样品的参数进行设定具体包括：设定沿所述样品横向、纵向和轴向分别为x轴、y轴和z轴，设定沿时间维度方向为t轴；设定所述样品z轴成像范围为Rz，设定z轴层析步长为Δz，设定样品功能成像需要记录的时间长度为T。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述样品上生成所述每个相位图案对应的多个焦点位置，包括：在所述样品轴向离散的个位置上随机选择多个位置作为焦点位置，其中，Rz为z轴成像范围，Δz为z轴层析步长。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3包括： S31，将所述多个相位图案中的任意一个相位图案显示在所述空间光调制器上，通过所述物镜后焦面在所述样品上生成多个焦点位置，通过所述扫描振镜对多个焦点位置进行扫描，生成与所述空间光调制器上相位图案对应的样品信息图像； S32，将所述扫描振镜复位到起始位置，并替换所述空间光调制器上的相位图案以在所述样品上生成不同的焦点位置，通过所述扫描振镜对所述样品上的焦点位置再进行扫描生成与所述空间光调制器上相位图案对应的样品信息图像； S33，通过对步骤S32进行迭代，直至所有相位图案生成对应的样品信息图像，将所有样品信息图像组成所述样品信息图像序列。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个相位图案在所述样品上对应的焦点个数及焦点位置生成探测矩阵，包括：根据所述每个相位图案在所述样品上生成的焦点个数及焦点位置生成所述每个相位图案对应的列向量，通过所述多个相位图案生成多个列向量组成所述探测矩阵。 6.一种基于压缩感知和随机多焦点扫描的三维体成像装置，其特征在于，包括：搭建模块，用于在预先搭建的成像装置中，通过飞秒脉冲激光器产生超短激光脉冲，所述超短激光脉冲通过多个4f成像系统、空间光调制器和物镜后焦面后聚焦在样品上，根据所述超短激光脉冲和所述多个4f成像系统将所述空间光调制器共轭到所述物镜后焦面；第一生成模块，用于构建最小均方误差损失函数，根据所述最小均方误差损失函数和ADAM非凸优化算法生成多个相位图案；第二生成模块，用于将所述多个相位图案依次显示在所述空间光调制器上，通过所述物镜后焦面在所述样品上生成每个相位图案对应的多个焦点位置，通过扫描振镜对所述每个相位图案对应的多个焦点位置进行多次扫描，生成样品信息图像序列；第三生成模块，用于根据所述每个相位图案在所述样品上对应的焦点个数及焦点位置生成探测矩阵，根据所述探测矩阵和压缩感知稀疏重建算法对所述样品信息图像序列进行逐像素的重建，生成所述样品的三维信息。 7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：设定模块，用于对所述样品的参数进行设定；所述设定模块具体用于，设定沿所述样品横向、纵向和轴向分别为x轴、y轴和z轴，设定沿时间维度方向为t轴；设定所述样品z轴成像范围为Rz，设定z轴层析步长为Δz，设定样品功能成像需要记录的时间长度为T。 8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述在所述样品上生成所述每个相位图案对应的多个焦点位置，包括：在所述样品轴向离散的个位置上随机选择多个位置作为焦点位置，其中，Rz为z轴成像范围，Δz为z轴层析步长。 9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二生成模块包括：第一扫描单元，用于将所述多个相位图案中的任意一个相位图案显示在所述空间光调制器上，通过所述物镜后焦面在所述样品上生成多个焦点位置，通过所述扫描振镜对多个焦点位置进行扫描，生成与所述空间光调制器上相位图案对应的样品信息图像；第二扫描单元，用于将所述扫描振镜复位到起始位置，并替换所述空间光调制器上的相位图案以在所述样品上生成不同的焦点位置，通过所述扫描振镜对所述样品上的焦点位置再进行扫描生成与所述空间光调制器上相位图案对应的样品信息图像；第三扫描单元，用于对所述第二扫描单元的步骤进行迭代，直至所有相位图案生成对应的样品信息图像，将所有样品信息图像组成所述样品信息图像序列。 10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述根据所述每个相位图案在所述样品上对应的焦点个数及焦点位置生成探测矩阵，包括：根据所述每个相位图案在所述样品上生成的焦点个数及焦点位置生成所述每个相位图案对应的列向量，通过所述多个相位图案生成多个列向量组成所述探测矩阵。
所属类别：	发明专利