一种基于光场显微系统的光场三维重建方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113850902A(43)申请公布日2021.12.28(21)申请号202111066749.2(22)申请日2021.09.13(71)申请人清华大学深圳国际研究生院地址518055广东省深圳市南山区西丽街道深圳大学城清华校区A栋二楼(72)发明人金欣郑琦(74)专利代理机构深圳新创友知识产权代理有限公司44223代理人王震宇(51)Int.Cl.G06T17/00(2006.01)G06T7/557(2017.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种基于光场显微系统的光场三维重建方法(57)摘要一种基于光场显微系统的光场三维重建方法，包括如下步骤：A1：搭建光场显微装置，按光的传播路径依次设置显微标本、显微镜、微透镜阵列、相机；A2：根据需求确定移动间隔，设定相机帧率与平移台移动速度，确定相机端扫描策略；A3：根据微透镜分布对光场图像进行平移、裁剪与对齐；A4：根据荧光显微镜成像过程中散粒噪声特性，得到多光场图像三维重建目标函数；A5：目标函数加入先验作为正则项，进行最大后验估计；A6：将多光场反向投影平均结果作为迭代初始值；A7：利用梯度下降算法进行迭代重建，得到大深度下分辨率深度一致的三维体。本方法在深度方向上使得轴向分辨率与横向分辨率更一致，重建得到的三维体深度分辨率一致性明显增强。CN113850902ACN113850902A权利要求书1/2页1.一种基于光场显微系统的光场三维重建方法，其特征在于，包括如下步骤：A1：搭建光场显微装置，按光的传播路径依次设置显微标本、显微镜、微透镜阵列、相机；A2：根据需求确定移动间隔，设定相机帧率与平移台移动速度，确定相机端扫描策略；A3：根据微透镜分布对光场图像进行平移、裁剪与对齐；A4：根据荧光显微镜成像过程中散粒噪声特性，得到多光场图像三维重建目标函数；A5：目标函数加入先验作为正则项，进行最大后验估计；A6：将多光场反向投影平均结果作为迭代初始值；A7：利用梯度下降算法进行迭代重建，得到大深度下分辨率深度一致的三维体。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A1中，将所述微透镜阵列与所述相机进行固定，并将所述相机沿轴向放置在电控平移台上。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤A2中，确定相机端扫描策略为：2Dcam＝MDsample其中Dsample为物空间中深度方向上的采样间隔，优选取15‑40μm，M为系统的放大倍数，Dcam为相机采样间隔距离。4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，步骤A2中，多图像采集过程中的采样间隔s、电控平移台移动速度v与相机帧率f满足：v＝sf。5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤A3中，对于分布均匀的微透镜阵列，根据连通域对单个微透镜进行划分得到中心微透镜与微透镜间距，以第一张光场图像作为基准对中心微透镜位置偏移量进行校准，并进行裁剪操作，使所有光场图像长宽一致并微透镜位置对齐。6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，步骤A4中，利用似然函数的KL散度作为损失函数：k为光场数据对应编号，k＝1,2,…,N，共有N组，以k为下标代表不同组相对应的数据，H为系统的点扩散函数的矩阵表达式，f为实际采集到的光场显微图像，b为假设的散粒噪声，其服从泊松分布，g为需要求解的深度方向上分辨率深度一致性强的三维体。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤A5中，可加入的正则项包括L1、L2正则项与TV正则项，假设正则化项为f1(g)，新的损失函数为：L0＝‑∑kfkln(Hkg+b)+∑kfk！+∑k(Hkg+b)+λf1(g)，λ为正则项系数。8.如权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，步骤A7中，采用Richardson‑Lucy算法，采用的梯度下降算法步长不固定，与前一次的迭代结果相关。9.如权利要求6至7任一项所述的方法，其特征在于，步骤A7中，计算梯度：2CN113850902A权利要求书2/2页根据梯度下降公式：取有通过将三维反卷积算法运用到采集到的多张光场图片中，最后得到分辨率深度一致性更佳的重建三维体。10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序由处理器执行时，实现如权利要求1至9任一项所述的方法的步骤A2至A7。3CN113850902A说明书1/6页一种基于光场显微系统的光场三维重建方法技术领域[0001]本发明涉及计算机视觉与数字图像处理领域，特别是涉及一种基于光场显微系统的光场三维重建方法。背景技术[0002]光场显微镜是一种无需扫描即可快速三维体积成像的光学显微成像技术，其实现基于在光路中插入一张经过设计的微透镜阵列，通过同时采集角度信息