CN113340793A - 微粒子偏光显微成像的三维重建方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法和系统，方法包括步骤：获取待处理图像；构建平面直角坐标系，以待处理图像中任意微粒子的球心为原点；采用最小二乘拟合方法处理待处理图像，得到待处理图像中微粒子上像素点的光强最大值和光强最小值；通过像素点的光强最大值和光强最小值，得到像素点的偏振度、法线天顶角和入射光方位角；通过法线天顶角和入射光方位角，得到微粒子表面的法向量在平面直角坐标系上的梯度场，得到微粒子表面函数，根据正交投影约束和表面积最小化准则建立微粒子表面函数优化模型；利用基于分裂布莱格曼的迭代函数优化方法迭代获得最优的微粒子表面函数，更好的满足了微粒子三维重建的准确性要求。

Description

微粒子偏光显微成像的三维重建方法和系统

技术领域

本发明涉及微粒子三维重建技术领域，尤其涉及一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法和系统。

背景技术

近年来，随着对微观世界研究的深入发展，无论是医学辅助诊疗，还是生物大分子研究，亦或是微粒子光谱分析，微粒子三维重建技术都是其中最为重要和常见的研究手段之一。一般情况下，自然物体通过相机捕捉到的不同角度的图像来实现三维重建，然而由于粒子的方向无法被操纵，很难获得类似宏观物体的图像。因此，设计出一款适用于微粒子的三维重建算法，具有十分重要的意义。

偏振形状重建法能够通过观察物体表面反射光的偏振特性，可以获得物体的形状信息，在非理想光强下仍能获得相对清晰的偏振信息，从而重建三维表面特征。其中，表面反射的光主要包括偏光镜面反射、偏光漫反射和非偏光漫反射三部分。由于偏光镜面反射是单一的反射，从一个方向获取全局镜面反射具有很大的挑战性。因此，可以使用偏光漫反射偏振形状重建法来实现粒子三维重建，通过粒子表面函数的正交投影实现三维重建。然而，由于投影结果单方向梯度严重失真，重建结果往往存在严重畸变。以及，相较于宏观物体，微粒子的表面纹理起伏较小，无法重建出细微纹理，只能获得部分锐化的边缘。因此，如何确保微粒子三维重建的准确性和实时性，成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法和系统。

一方面，本发明提供了一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法包括步骤：

获取待处理图像；

构建平面直角坐标系，确定原点、横轴以及纵轴，其中，以所述待处理图像中任意微粒子的球心为所述原点；

采用最小二乘拟合方法处理所述待处理图像，得到所述待处理图像中所述微粒子上像素点的光强最大值和光强最小值；

通过所述像素点的光强最大值和光强最小值，得到所述像素点的偏振度；

通过所述偏振度得到所述像素点的法线天顶角和入射光方位角；

通过所述法线天顶角和所述入射光方位角，得到所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场，得到所述微粒子表面函数；

根据所述微粒子表面函数，根据正交投影约束和表面积最小化准则建立微粒子表面函数优化模型；

所述微粒子表面函数优化模型通过以下方法得到：

其中，z是微粒子表面函数，z₀是微粒子表面函数的真实值，

λ，μ，ν和f是常数，dx为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度的微分，dy为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度的微分，I为所述像素点的光强，Ω是所述微粒子区域，R是实数集；

利用基于分裂布莱格曼的迭代函数优化方法迭代获得所述最优的微粒子表面函数；

对所述微粒子表面函数优化模型进行k次迭代；

当||z^k+1-z^k||≤ε时，迭代停止，z^k为所述最优的粒子表面函数；

其中，ε是常数。

优选的，获取所述待处理图像中所述微粒子上像素点的灰度值序列，采用最小二乘拟合方法拟合所述灰度值序列，得到所述像素点灰度变化的正弦曲线；

其中，所述光强最大值为所述正弦曲线的第一极值点，所述光强最小值为所述正弦曲线的第二极值点，所述第一极值点大于所述第二极值点。

优选的，通过所述像素点的光强最大值和光强最小值，根据以下方法得到所述像素点的偏振度P：

其中，I_max为所述像素点的光强最大值，I_min为所述像素点的光强最小值。

优选的，根据所述偏振度得到所述像素点的法线天顶角和入射光方位角；

根据所述偏振度通过以下方法得到所述像素点的法线天顶角：

其中，θ为所述像素点的法线天顶角，|n′|＝n²(1+k²)，n是微粒子的折射率，k是溶剂的衰变系数；

通过以下方法得到所述像素点的入射光方位角：

其中，φ为所述像素点的入射光方位角，

为初始入射光方位角，且所述像素点的初始入射光方位角

的正切值与

的正切值相同。

优选的，通过所述法线天顶角和所述入射光方位角，通过以下方法得到所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场；

z_x＝tanθcosφ，z_y＝tanθsinφ；

其中，z＝z(x，y)是所述微粒子表面函数，所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场包括所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度和所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度，且z_x为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度，z_y为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度。

又一方面，本发明提供了一种微粒子偏光显微成像的三维重建系统，包括：

图像接收模块，用于获取待处理图像，并将所述待处理图像发送至所述光强拟合模块；

所述光强拟合模块，用于接收所述待处理图像，拟合所述待处理图像中微粒子上像素点光强最大值和像素点光强最小值，并将所述像素点光强最大值和像素点光强最小值发送至三维成像参数处理模块；

所述三维成像参数处理模块，用于接收所述像素点光强最大值和像素点光强最小值，通过所述像素点的光强最大值和光强最小值，得到所述像素点的偏振度、法线天顶角和入射光方位角，并将所述像素点的偏振度、所述法线天顶角和所述入射光方位角发送至微粒子表面函数提取模块；

所述微粒子表面函数提取模块，用于接收所述像素点的偏振度、所述法线天顶角和所述入射光方位角，得到所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场，得到所述微粒子表面函数，并将所述微粒子表面函数发送至微粒子表面函数优化模块；

所述微粒子表面函数优化模块，用于接收所述微粒子表面函数，根据所述粒子表面函数，根据正交投影约束和表面积最小化准则建立微粒子表面函数优化模型，并将所述微粒子表面函数优化模型发送至微粒子表面函数求解模块，其中，所述微粒子表面函数优化模型通过以下方法得到：

z是微粒子表面函数，z₀是微粒子表面函数的真实值，

λ，μ，ν和f是常数，dx为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度的微分，dy为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度的微分，I为所述像素点的光强，Ω是所述微粒子区域，R是实数集；

所述微粒子表面函数求解模块，用于接收所述微粒子表面函数优化模型，利用基于分裂布莱格曼的迭代函数优化方法迭代获得所述最优的微粒子表面函数，其中，对所述微粒子表面函数优化模型进行k次迭代；

当||z^k+1-z^k||≤ε时，迭代停止，z^k为所述最优的粒子表面函数，ε是常数。

优选的，所述光强拟合模块，获取所述待处理图像中所述微粒子上像素点的灰度值序列，采用最小二乘拟合方法拟合所述灰度值序列，得到所述像素点灰度变化的正弦曲线；

其中，所述光强最大值为所述正弦曲线的第一极值点，所述光强最小值为所述正弦曲线的第二极值点，所述第一极值点大于所述第二极值点。

优选的，所述三维成像参数处理模块用于根据以下公式得到所述像素点的偏振度P：

其中，I_max为所述像素点的光强最大值，I_min为所述像素点的光强最小值。

优选的，所述三维成像参数处理模块用于根据以下公式得到所述像素点的法线天顶角：

其中，θ为所述像素点的法线天顶角，|n′|＝n²(1+k²)，n是微粒子的折射率，k是溶剂的衰变系数；

还用于通过以下公式得到所述像素点的入射光方位角：

其中，φ为所述像素点的入射光方位角，

为初始入射光方位角，且所述像素点的初始入射光方位角

的正切值与

的正切值相同。

优选的，所述微粒子表面函数提取模块用于根据以下公式得到所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场；

z_x＝tanθcosφ，z_y＝tanθsinφ；

其中，z＝z(x，y)是所述微粒子表面函数，所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场包括所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度和所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度，且z_x为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度，z_y为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度。与现有技术相比，本发明提供的一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法和系统，达到如下有益效果：

第一、本发明提供的一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法和系统，在偏振形貌重建法无法满足要求的情况下，利用正交投影约束和表面积最小化准则，建立微粒子表面函数优化模型，更好的满足了微粒子三维重建的准确性要求。

第二、本发明提供的一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法和系统，考虑求解粒子表面函数优化模型时计算的复杂度，引入分裂布莱格曼的迭代函数优化方法，降低计算复杂度，提升算法运行效率。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法的流程图；

图2为本发明提供的一种微粒子偏光显微成像的三维重建系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应注意到，所描述的实施例实际上仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，且实际上仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

结合图1所示，图1为本发明提供的一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法的流程图，本实施例提供的微粒子偏光显微成像的三维重建方法：包括步骤：

步骤S1、获取待处理图像。其中，待处理图像可以通过宽视场微粒子显微成像设备获取。

步骤S2、构建平面直角坐标系，确定原点、横轴以及纵轴，其中，以待处理图像中任意微粒子的球心为原点。由于获取微粒子表面函数时需要获取法线方向、法线天顶角和入射光方位角，且需要计算微粒子表面函数在横轴和纵轴的梯度，因此需要以微粒子球心为坐标原点建立坐标系。

步骤S3、采用最小二乘拟合方法处理待处理图像，得到待处理图像中微粒子上像素点的光强最大值和光强最小值。

在步骤S3中，获取待处理图像中微粒子上像素点的灰度值序列，采用最小二乘拟合方法拟合灰度值序列，得到像素点灰度变化的正弦曲线；其中，光强最大值为正弦曲线的第一极值点，光强最小值为正弦曲线的第二极值点，第一极值点大于第二极值点，即可以理解为，正弦曲线的极值点即为像素点光强最大值和光强最小值。

步骤S4、通过像素点的光强最大值和光强最小值，得到像素点的偏振度。

在步骤S4中，通过像素点的光强最大值和光强最小值，根据以下方法得到像素点的偏振度P：

其中，I_max为像素点的光强最大值，I_min为像素点的光强最小值。

步骤S5、通过偏振度得到像素点的法线天顶角和入射光方位角。

在步骤S5中，根据偏振度通过以下方法得到像素点的法线天顶角：

其中，θ为像素点的法线天顶角，|n′|＝n²(1+k²)，n是微粒子的折射率，k是溶剂的衰变系数；

通过以下方法得到像素点的入射光方位角：

其中，φ为像素点的入射光方位角，

为初始入射光方位角，且像素点的初始入射光方位角

的正切值与

的正切值相同。

可以理解的是，由于像素点的初始入射光方位角

的正切值与

的正切值相同，但其反正切值的取值范围与实际拟合有一定的π的模糊性，需要添加对偏振器的旋转角度，利用扫描电子显微镜获得的粗糙深度信息校正入射光方位角，进而设置入射光方位角：

步骤S6、通过法线天顶角和入射光方位角，得到微粒子表面的法向量在平面直角坐标系上的梯度场，得到微粒子表面函数。

在步骤S6中，通过法线天顶角和入射光方位角，通过以下方法得到微粒子表面的法向量在平面直角坐标系上的梯度场；

z_x＝tanθcosφ，z_y＝tanθsinφ；

其中，z＝z(x，y)是微粒子表面函数，微粒子表面的法向量在平面直角坐标系上的梯度场包括微粒子表面的法向量在平面直角坐标系中横轴上的梯度和微粒子表面的法向量在平面直角坐标系中纵轴上的梯度，且z_x为微粒子表面的法向量在平面直角坐标系中横轴上的梯度，z_y为微粒子表面的法向量在平面直角坐标系中纵轴上的梯度。

步骤S7、根据微粒子表面函数，根据正交投影约束和表面积最小化准则建立微粒子表面函数优化模型。

微粒子表面函数优化模型通过以下方法得到：

其中，z是微粒子表面函数，z₀是微粒子表面函数的真实值，

λ，μ，ν和f是常数，dx为微粒子表面的法向量在平面直角坐标系中横轴上的梯度的微分，dy为微粒子表面的法向量在平面直角坐标系中纵轴上的梯度的微分，I为像素点的光强，Ω是微粒子区域，R是实数集；

步骤S8、利用基于分裂布莱格曼的迭代函数优化方法迭代获得最优的微粒子表面函数；

对微粒子表面函数优化模型进行k次迭代；

当||z^k+1-z^k||≤ε时，迭代停止，z^k为最优的粒子表面函数，其中，ε是常数。

本实施例提供的微粒子偏光显微成像的三维重建方法，可以在偏振形貌重建法无法满足要求的情况下，利用正交投影约束和表面积最小化准则，建立粒子表面函数优化模型，更好的满足了微粒子三维重建的准确性要求。同时考虑求解粒子表面函数优化模型时计算的复杂度，引入分裂布莱格曼的迭代函数优化方法，降低减少复杂度，提升算法运行效率。

结合图2所示，图2为本发明提供的一种微粒子偏光显微成像的三维重建系统的结构框图，本实施例提供的微粒子偏光显微成像的三维重建系统100包括：

图像接收模块10，用于获取待处理图像，并将待处理图像发送至光强拟合模块20；

光强拟合模块20，用于接收待处理图像，拟合待处理图像中微粒子上像素点光强最大值和像素点光强最小值，并将像素点光强最大值和像素点光强最小值发送至三维成像参数处理模块30；

进一步为，光强拟合模块20，获取待处理图像中微粒子上像素点的灰度值序列，采用最小二乘拟合方法拟合灰度值序列，得到像素点灰度变化的正弦曲线；其中，光强最大值为正弦曲线的第一极值点，光强最小值为正弦曲线的第二极值点，第一极值点大于第二极值点。

三维成像参数处理模块30，用于接收像素点光强最大值和像素点光强最小值，通过像素点的光强最大值和光强最小值，得到像素点的偏振度、法线天顶角和入射光方位角，并将像素点的偏振度、法线天顶角和入射光方位角发送至微粒子表面函数提取模块40。

进一步，三维成像参数处理模块30用于根据以下公式得到像素点的偏振度P：

其中，I_max为像素点的光强最大值，I_min为像素点的光强最小值。

三维成像参数处理模块用于根据以下公式得到像素点的法线天顶角：

其中，θ为像素点的法线天顶角，|n′|＝n²(1+k²)，n是微粒子的折射率，k是溶剂的衰变系数；

还用于通过以下公式得到像素点的入射光方位角：

其中，φ为像素点的入射光方位角，

为初始入射光方位角，且像素点的初始入射光方位角

的正切值与

的正切值相同。

可以理解的是，由于像素点的初始入射光方位角

的正切值与

的正切值相同，但其反正切值的取值范围与实际拟合有一定的π的模糊性，需要添加对偏振器的旋转角度，利用扫描电子显微镜获得的粗糙深度信息校正入射光方位角，进而设置入射光方位角：

微粒子表面函数提取模块40，用于接收像素点的偏振度、法线天顶角和入射光方位角，得到微粒子表面的法向量在平面直角坐标系上的梯度场，得到微粒子表面函数，并将微粒子表面函数发送至微粒子表面函数优化模块50；

微粒子表面函数优化模块50，用于接收微粒子表面函数，根据粒子表面函数，根据正交投影约束和表面积最小化准则建立微粒子表面函数优化模型，并将微粒子表面函数优化模型发送至微粒子表面函数求解模块60，其中，微粒子表面函数优化模型通过以下方法得到：

z是微粒子表面函数，z₀是微粒子表面函数的真实值，

λ，μ,ν和f是常数，dx为微粒子表面的法向量在平面直角坐标系中横轴上的梯度的微分，dy为微粒子表面的法向量在平面直角坐标系中纵轴上的梯度的微分，I为像素点的光强，Ω是微粒子区域，R是实数集；

微粒子表面函数求解模块60，用于接收微粒子表面函数优化模型，利用基于分裂布莱格曼的迭代函数优化方法迭代获得最优的微粒子表面函数。其中，对微粒子表面函数优化模型进行k次迭代；当||z^k+1-z^k||≤ε时，迭代停止，z^k为最优的粒子表面函数，ε是常数。

进一步，微粒子表面函数提取模块60用于根据以下公式得到微粒子表面的法向量在平面直角坐标系上的梯度场；

z_x＝tanθcosφ，z_y＝tanθsinφ；

其中，z＝z(x,y)是微粒子表面函数，微粒子表面的法向量在平面直角坐标系上的梯度场包括微粒子表面的法向量在平面直角坐标系中横轴上的梯度和微粒子表面的法向量在平面直角坐标系中纵轴上的梯度，且z_x为微粒子表面的法向量在平面直角坐标系中横轴上的梯度，z_y为微粒子表面的法向量在平面直角坐标系中纵轴上的梯度。

本实施例提供的微粒子偏光显微成像的三维重建系统，可以在偏振形貌重建法无法满足要求的情况下，利用正交投影约束和表面积最小化准则，建立粒子表面函数优化模型，更好的满足了微粒子三维重建的准确性要求。同时考虑求解粒子表面函数优化模型时计算的复杂度，引入分裂布莱格曼的迭代函数优化方法，降低减少复杂度，提升算法运行效率。

通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：

第一、本发明提供的一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法和系统，在偏振形貌重建法无法满足要求的情况下，利用正交投影约束和表面积最小化准则，建立微粒子表面函数优化模型，更好的满足了微粒子三维重建的准确性要求。

第二、本发明提供的一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法和系统，考虑求解粒子表面函数优化模型时计算的复杂度，引入分裂布莱格曼的迭代函数优化方法，降低计算复杂度，提升算法运行效率。

上面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种微粒子偏光显微成像的三维重建方法，其特征在于，包括步骤：

获取待处理图像；

构建平面直角坐标系，确定原点、横轴以及纵轴，其中，以所述待处理图像中任意微粒子的球心为所述原点；

采用最小二乘拟合方法处理所述待处理图像，得到所述待处理图像中所述微粒子上像素点的光强最大值和光强最小值；

通过所述像素点的光强最大值和光强最小值，得到所述像素点的偏振度；

通过所述偏振度得到所述像素点的法线天顶角和入射光方位角；

通过所述法线天顶角和所述入射光方位角，得到所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场，得到所述微粒子表面函数；

根据所述微粒子表面函数，根据正交投影约束和表面积最小化准则建立微粒子表面函数优化模型；

所述微粒子表面函数优化模型通过以下方法得到：

其中，z是微粒子表面函数，z₀是微粒子表面函数的真实值，

λ，μ，ν和f是常数，dx为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度的微分，dy为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度的微分，I为所述像素点的光强，Ω是所述微粒子区域，R是实数集；

利用基于分裂布莱格曼的迭代函数优化方法迭代获得所述最优的微粒子表面函数；

对所述微粒子表面函数优化模型进行k次迭代；

当||z^k+1-z^k||≤ε时，迭代停止，z^k为所述最优的粒子表面函数；

其中，ε是常数。

2.根据权利要求1所述的微粒子偏光显微成像的三维重建方法，其特征在于，

获取所述待处理图像中所述微粒子上像素点的灰度值序列，采用最小二乘拟合方法拟合所述灰度值序列，得到所述像素点灰度变化的正弦曲线；

其中，所述光强最大值为所述正弦曲线的第一极值点，所述光强最小值为所述正弦曲线的第二极值点，所述第一极值点大于所述第二极值点。

3.根据权利要求1所述的微粒子偏光显微成像的三维重建方法，其特征在于，通过所述像素点的光强最大值和光强最小值，根据以下方法得到所述像素点的偏振度P：

其中，I_max为所述像素点的光强最大值，I_min为所述像素点的光强最小值。

4.根据权利要求3所述的微粒子偏光显微成像的三维重建方法，其特征在于，根据所述偏振度得到所述像素点的法线天顶角和入射光方位角；

根据所述偏振度通过以下方法得到所述像素点的法线天顶角：

其中，θ为所述像素点的法线天顶角，|n′|＝n²(1+k²)，n是微粒子的折射率，k是溶剂的衰变系数；

通过以下方法得到所述像素点的入射光方位角：

其中，φ为所述像素点的入射光方位角，

为初始入射光方位角，且所述像素点的初始入射光方位角

的正切值与

的正切值相同。

5.根据权利要求4所述的微粒子偏光显微成像的三维重建方法，其特征在于，通过所述法线天顶角和所述入射光方位角，通过以下方法得到所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场；

z_x＝tanθcosφ，z_y＝tanθsinφ；

其中，z＝z(x，y)是所述微粒子表面函数，所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场包括所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度和所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度，且z_x为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度，z_y为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度。

6.一种微粒子偏光显微成像的三维重建系统，其特征在于，包括：

图像接收模块，用于获取待处理图像，并将所述待处理图像发送至所述光强拟合模块；

所述光强拟合模块，用于接收所述待处理图像，拟合所述待处理图像中微粒子上像素点光强最大值和像素点光强最小值，并将所述像素点光强最大值和像素点光强最小值发送至三维成像参数处理模块；

所述三维成像参数处理模块，用于接收所述像素点光强最大值和像素点光强最小值，通过所述像素点的光强最大值和光强最小值，得到所述像素点的偏振度、法线天顶角和入射光方位角，并将所述像素点的偏振度、所述法线天顶角和所述入射光方位角发送至微粒子表面函数提取模块；

所述微粒子表面函数提取模块，用于接收所述像素点的偏振度、所述法线天顶角和所述入射光方位角，得到所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场，得到所述微粒子表面函数，并将所述微粒子表面函数发送至微粒子表面函数优化模块；

所述微粒子表面函数优化模块，用于接收所述微粒子表面函数，根据所述粒子表面函数，根据正交投影约束和表面积最小化准则建立微粒子表面函数优化模型，并将所述微粒子表面函数优化模型发送至微粒子表面函数求解模块，其中，所述微粒子表面函数优化模型通过以下方法得到：

z是微粒子表面函数，z₀是微粒子表面函数的真实值，

λ，μ，ν和f是常数，dx为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度的微分，dy为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度的微分，I为所述像素点的光强，Ω是所述微粒子区域，R是实数集；

所述微粒子表面函数求解模块，用于接收所述微粒子表面函数优化模型，利用基于分裂布莱格曼的迭代函数优化方法迭代获得所述最优的微粒子表面函数，其中，对所述微粒子表面函数优化模型进行k次迭代；

当||z^k+1-z^k||≤ε时，迭代停止，z^k为所述最优的粒子表面函数，ε是常数。

7.根据权利要求6所述的微粒子偏光显微成像的三维重建系统，其特征在于，所述光强拟合模块，获取所述待处理图像中所述微粒子上像素点的灰度值序列，采用最小二乘拟合方法拟合所述灰度值序列，得到所述像素点灰度变化的正弦曲线；

其中，所述光强最大值为所述正弦曲线的第一极值点，所述光强最小值为所述正弦曲线的第二极值点，所述第一极值点大于所述第二极值点。

8.根据权利要求7所述的微粒子偏光显微成像的三维重建系统，其特征在于，所述三维成像参数处理模块用于根据以下公式得到所述像素点的偏振度P：

其中，I_max为所述像素点的光强最大值，I_min为所述像素点的光强最小值。

9.根据权利要求8所述的微粒子偏光显微成像的三维重建系统，其特征在于，所述三维成像参数处理模块用于根据以下公式得到所述像素点的法线天顶角：

其中，θ为所述像素点的法线天顶角，|n′|＝n²(1+k²)，n是微粒子的折射率，k是溶剂的衰变系数；

还用于通过以下公式得到所述像素点的入射光方位角：

其中，φ为所述像素点的入射光方位角，

为初始入射光方位角，且所述像素点的初始入射光方位角

的正切值与

的正切值相同。

10.根据权利要求9所述的微粒子偏光显微成像的三维重建系统，其特征在于，所述微粒子表面函数提取模块用于根据以下公式得到所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场；

z_x＝tanθcosφ，z_y＝tanθsinφ；

其中，z＝z(x，y)是所述微粒子表面函数，所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系上的梯度场包括所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度和所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度，且z_x为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述横轴上的梯度，z_y为所述微粒子表面的法向量在所述平面直角坐标系中所述纵轴上的梯度。

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