# Enhanced image reconstruction of Fourier ptychographic microscopy with double-height illumination #
傅里叶叠层显微成像术（FPM）是加州理工大学yang教授等于2013年发明的新一代极具潜力的计算成像技术，其融合了微波的合成孔径和光学的相位成像技术，利用低物镜NA实现大视场的同时得到高分辨率的定量相位成像，突破了传统数字病理学存在的视场与分辨率之间的矛盾关系。FPM技术发展之今已经在成像精度、成像效率、三维成像等方面取得巨大进展。
文章提出了基于双高度照明实现FPM图像增强技术，将LED阵列从一个平面移动到另一个平面，实现两个不同高度的样本照明，实现了利用低分辨率强度图像重建高分辨率复振幅图像。此项工作发表于Optics Express上。
传统FPM技术使用周期性的LED阵列作为光源实现对样本的多角度照明，这种周期性的LED装置易于设计与加工，但是会使得重建图像存在伪影问题。传统的解决此类伪影问题的方法有两种。其一是优化照明结构，即设计环形LED，这种方法可以有效解决了栅格伪影，提高了图像的重建质量。随后，在FPM中使用半球形照明装置避免了光照强度波动的问题。但是，以上两种方案均存在制造难度高，LED单元的布置要求高，难以调整，难以量产等问题。
(DHI)-FPM系统如图1.(a)，其由传统的FPM系统，无需其他元件的加入，其算法核心如图1.(b)，即通过移动LED阵列的高度实现两个不同高度下的样品照明，然后利用双高度重构算法合成如图1.(c)中的频谱结构，得到高分辨率样本图像。
图1. (DHI)-FPM的算法原理图
图2.(DHI)-FPM算法流程图
双高度重构算法实现了频谱的位置配准和相位恢复的双重功能。由于LED在较高高度时具有较大的交叠率，为了提高收敛速度，重构算法首先采用高LED高度下的低分辨率图像(LR)获得快速、高质量的重构图像，然后再加入低LED高度时的LR进行进一步重构。具体算法流程如图2所示。
4.1 仿真结果
4.2 实验结果
图4. LED高度分别为40mm、90mm和双高度时重建质量性能比较
图6.比较全视场大小为4.2 mm×3.5mm下不同区域波矢校正前后重构结果
图7.卵巢组织单高度方法与双高度方法重建结果的比较
文章首先分析了传统LED阵列在不同照明高度下对光谱分布重构结果的影响，提出了一种方便可行的提高性能的方法，即(DHI)-FPM。该方法有三个优点:第一，采用传统的固定数量和间距的LED阵列作为照明光源，无需额外的设计和处理，降低了光源制造和使用的难度。其次，两种不同高度的光照优化了频域采样模式，可以更好地捕捉采样信号在傅里叶域的分布，抑制栅格伪影问题。第三，在保持频谱带宽的同时，增加了低频和中频区域的重叠率和重叠比，并且可以通过不断调整高度来改变采样率，更加灵活方便。此外，文章提出了一种波矢量校正方法来去除边缘区域的重建伪影。仿真和实验验证了该方法不仅能有效提高重建精度和重建效率，且对噪声具有较强的鲁棒性，在生物医学显微成像中具有较好的应用前景。
文章链接：
https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-29-25-41655&id=465533
