【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光學成像、顯微，尤其涉及一種一種雙工作距視場無透鏡編碼單次曝光成像裝置與方法。
技術介紹
1、現有的光學成像技術使用透鏡，或是與透鏡具有相同或相近的波前調制功能的光學元件，如超表面、菲涅爾波帶片等，對目標樣品實現成像。雖然這些方法可以直觀呈現目標樣品的信息，但是仍舊受限于透鏡無法避免的成像像差、超表面和菲涅爾波帶片高昂的加工成本。無透鏡成像技術可以避免額外引入波前調制光學元件，因此成為了計算成像領域中重要的技術手段。其中無透鏡編碼成像技術通過引入編碼板對目標樣品的信號調制以采集編碼圖像，進而結合編碼板信息重建出目標樣品的信息，具有避免像差、成本可控等一系列優點。
2、為了實現編碼成像的樣品重建，先后提出了一些裝置和方法。最為經典的案例是反卷積方案。其首先通過計算或是標定獲得編碼板點擴散函數，之后采集樣品的編碼圖像，最后根據編碼板點擴散函數和編碼圖像使用反卷積重建樣品信息。雖然這種方案可以通過單次曝光實現樣品重建，但是受限于反卷積受噪聲影響大，其重建效果通常不甚理想。為了進一步提升重建效果，通過改變不同的編碼板圖樣，并采集對應的編碼圖像，可以有效抑制噪聲的影響，從而獲得高質量的樣品重建結果。但是這些方法都需要改變編碼板圖樣，無法實現動態成像。雖然有部分基于深度學習的方法可以從單次曝光的編碼圖像中重建樣品，且無需計算或標定編碼板的點擴散函數；但是這些方法需要大量的數據集，且遷移性差，并不是理想的單次曝光無透鏡編碼成像方案。
技術實現思路
1、專利技術目的：本專
2、技術方案：本專利技術的一種雙工作距視場無透鏡編碼單次曝光成像裝置，所述裝置包括：編碼板、分光棱鏡、第一圖像傳感器、第二圖像傳感器、控制系統和計算機；所述控制系統分別與第一圖像傳感器、第二圖像傳感器和計算機連接；所述編碼板放置于分光棱鏡前，用于調制目標樣品的光信息；所述分光棱鏡用于將目標樣品的調制光分為兩部分：一部分經反射后被第一圖像傳感器接收，另一部分經透射后被第二圖像傳感器接收。
3、進一步的，所述第一圖像傳感器和第二圖像傳感器距離分光棱鏡的出射面相差50mm，確保兩臺圖像傳感器采集到的編碼圖像對應不同的點擴散函數。
4、本專利技術還公開一種使用雙工作距視場無透鏡編碼單次曝光成像裝置的成像方法，包括以下步驟：
5、s1、裝置搭建：組合編碼板、分光棱鏡、圖像傳感器以及控制系統，保證光學元器件光軸一致，調整兩個圖像傳感器與編碼板的距離不同；
6、s2、裝置標定：使用點光源標定編碼板對應的兩個圖像傳感器的點擴散函數；
7、s3、目標樣品成像：設置目標樣品，采集對應的編碼圖像；
8、s4、目標樣品重建：根據標定的點擴散函數和采集的編碼圖像重建目標樣品信息。
9、進一步的，步驟s1具體為：搭建光學系統，光學元器件包括編碼板、分光棱鏡和圖像傳感器；保證光學元器件光軸一致和編碼板水平放置；調整兩臺圖像傳感器與編碼板的距離，在系統中，通過調整圖像傳感器與分光棱鏡的出射面實現；第一圖像傳感器(4)與編碼板(2)的距離為80-120mm，第二圖像傳感器(5)與編碼板(2)的距離為130-170mm。第一圖像傳感器(4)與編碼板(2)的距離以及第二圖像傳感器(5)與編碼板(2)的距離需精確測量。同步圖像傳感器，通過圖像傳感器的控制系統控制兩臺圖像傳感器，使得兩臺圖像傳感器同時采集兩幅編碼圖像。
10、進一步的，步驟s2具體包括如下步驟：
11、s2.1、設置點光源，使用針孔作為點光源，將一直徑為1-2μm的針孔放置于led光源后，用于模擬點光源，其中led光源的波長為532nm(其他窄帶led光源也可)，將針孔放置于編碼板前130-170mm位置處，距離需精確測量；
12、s2.2、采集編碼圖像；通過設置圖像傳感器的曝光時間，同時采集兩幅編碼圖像，采集的兩幅編碼圖像認為是編碼板對應的兩臺圖像傳感器的點擴散函數psf1和psf2。
13、進一步的，步驟s3具體包括如下步驟：
14、s3.1、設置樣品，將目標物放置于編碼板前130-170mm位置處，距離需精確測量，與標定時點光源位置一致；樣品通過光源透射或者反射照明；
15、s3.2、采集編碼圖像，通過設置圖像傳感器的曝光時間，同時采集兩幅編碼圖像；采集的圖像由公式(1)和公式(2)分別描述；其中i1和i2為采集的編碼圖像，psf1和psf2為裝置標定中編碼板對應的兩臺圖像傳感器的點擴散函數，n1和n2為噪聲，o為目標樣品信息，*為卷積；
16、i1＝o*psf1+n1????(1)
17、i2＝o*psf2+n2????(2)
18、s3.3、樣品重建，根據標定的編碼板對應的兩臺圖像傳感器的點擴散函數psf1和psf2以及采集的對應目標樣品的編碼圖像i1和i2重得到目標樣品信息o。
19、進一步的，步驟s4具體包括如下步驟：
20、s4.1、計算光學傳遞函數otf，光學傳遞函數為點擴散函數的傅里葉變換的歸一化，因此，psf1和psf2對應的光學傳遞函數otf1和otf2根據公式(3)和公式(4)分別描述，
21、其中ft()代表傅里葉變換，||為絕對值，max()代表最大值；
22、
23、s4.2、計算編碼圖像頻譜，編碼圖像頻譜為編碼圖像的傅里葉變換，也即編碼圖像i1和i2的頻譜i1和i2分別為i1和i2的傅里葉變換，根據公式(5)和公式(6)分別描述：
24、i1＝ft(i1)????(5)
25、i2＝ft(i2)????(6)
26、s4.3、根據編碼圖像i1對目標樣品信息頻譜o1，m進行更新；在首次更新時，即m＝1，設置猜測目標樣品信息頻譜o2,0為全1矩陣；若非首次更新時，即m>1，設置猜測目標樣品信息頻譜o2,m-1為上一次迭代計算時根據編碼圖像i2對目標樣品信息頻譜o進行更新結果，根據上一次迭代目標樣品信息頻譜o2,m-1和計算得到的光學傳遞函數otf1計算得到的編碼圖像頻譜i1,m’根據公式(7)計算；
27、i1,m'＝o2,m-1×otf1????(7)
28、則根據采集的編碼圖像i1得到的編碼圖像頻譜i1與根據猜測目標樣品信息頻譜o2,m-1計算得到的編碼圖像頻譜i1,m’的殘差δ1,m可由公式(8)計算得出；
29、δ1,m＝i1-i1,m'＝i1-o2,m-1×otf1????(8)
30、則根據公式(9)對目標樣品信息頻譜o1,m進行更新，其中ε為一小值，為避免分母的0值；
31、
32、本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種雙工作距視場無透鏡編碼單次曝光成像裝置，其特征在于，所述裝置包括：編碼板(2)、分光棱鏡(3)、第一圖像傳感器(4)、第二圖像傳感器(5)、控制系統(6)和計算機(7)；所述控制系統(6)分別與第一圖像傳感器(4)、第二圖像傳感器(5)和計算機(7)連接；所述編碼板(2)放置于分光棱鏡(3)前，用于調制目標樣品(1)的光信息；所述分光棱鏡(3)用于將目標樣品(1)的調制光分為兩部分：一部分經反射后被第一圖像傳感器(4)接收，另一部分經透射后被第二圖像傳感器(5)接收。
2.根據權利要求1所述的一種雙工作距視場無透鏡編碼單次曝光成像裝置，其特征在于，所述第一圖像傳感器(4)和第二圖像傳感器(5)距離分光棱鏡(3)的出射面不同，其中第一圖像傳感器(4)與編碼板(2)的距離為80-120mm，第二圖像傳感器(5)與編碼板(2)的距離為130-170mm，使兩臺圖像傳感器采集到的編碼圖像對應不同的點擴散函數。
3.一種使用權利要求1所述的雙工作距視場無透鏡編碼單次曝光成像裝置的成像方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的雙工作
5.根據權利要求3所述的雙工作距視場無透鏡編碼單次曝光成像裝置的成像方法，其特征在于，步驟S2具體包括如下步驟：
6.根據權利要求3所述的雙工作距視場無透鏡編碼單次曝光成像裝置的成像方法，其特征在于，步驟S3具體包括如下步驟：
7.根據權利要求3所述的雙工作距視場無透鏡編碼單次曝光成像裝置的成像方法，其特征在于，步驟S4具體包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種雙工作距視場無透鏡編碼單次曝光成像裝置，其特征在于，所述裝置包括：編碼板(2)、分光棱鏡(3)、第一圖像傳感器(4)、第二圖像傳感器(5)、控制系統(6)和計算機(7)；所述控制系統(6)分別與第一圖像傳感器(4)、第二圖像傳感器(5)和計算機(7)連接；所述編碼板(2)放置于分光棱鏡(3)前，用于調制目標樣品(1)的光信息；所述分光棱鏡(3)用于將目標樣品(1)的調制光分為兩部分：一部分經反射后被第一圖像傳感器(4)接收，另一部分經透射后被第二圖像傳感器(5)接收。
2.根據權利要求1所述的一種雙工作距視場無透鏡編碼單次曝光成像裝置，其特征在于，所述第一圖像傳感器(4)和第二圖像傳感器(5)距離分光棱鏡(3)的出射面不同，其中第一圖像傳感器(4)與編碼板(2)的距離為80-120mm，第二圖像傳感器(5)與編碼板(2)的距離為130-170mm，使兩臺圖像傳感器采集到的編碼圖像對應不同的點擴散函數。
3.一種使用權利要求1所述的雙工作距視場無透鏡編碼單次曝光成像裝置的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王綬玙，余偉，孫璦蕙，曹悅，郭薇，
申請(專利權)人：無錫學院，
類型：發明
國別省市：
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