一種非侵入式半透明成像裝置的成像方法
【專利說明】-種非侵入式半透明成像裝置的成像方法 【技術領域】
[0001] 本發明設及一種非侵入式半透明成像裝置的成像方法。 【【背景技術】】
[0002] 在生命科學、納米技術等領域，科學家往往希望得到人體細胞、生物組織、巧片等 的精細結構作為檢測和診斷的依據。但是，在諸如皮膚，肌肉，巧片等半透明的強散射物體 中，光線不是在一條直線上傳播，而是被不停散射之后沿著不可預測的不穩定路徑前進，該 導致傳統的幾何成像方法失去作用。要得到強散射層后面物體的像，通常需要切開散射層， 而該往往是人們不希望發生的。因此，無損地獲得半透明介質背后的物體的清晰圖像成為 了一項極具挑戰性的任務。非侵入式半透明成像的方法應運而生。
[0003] 科學家們利用激光束透過半透明介質照射巧光物體，然后再采集透過半透明介質 的巧光信號，可W得到完整的巧光強度矩陣。根據采集的巧光強度矩陣通過相位恢復算法 可W對巧光物體進行成像。但是現有的基于掃描的非侵入式半透明成像方法，要得到良好 的成像效果，需要采集的巧光強度矩陣過大，該使得采集過程緩慢，信號采集難度大。
[0004] 信號的稀疏表示是指在給定的超完備字典中，可W用少量原子的線性組合來表示 信號。 【
【發明內容】
】
[0005] 現有技術中，采集完整的巧光強度矩陣會導致實時性低，數據量大，信號采集復雜 度高等問題。為了克服上述技術問題，本發明提供了一種非侵入式半透明成像裝置的成像 方法。
[0006] 一種非侵入式半透明成像裝置的成像方法，所述非侵入式半透明成像裝置包括激 光器、巧光物體和巧光采集裝置，半透明介質位于所述激光器與巧光物體之間，包括如下步 驟：
[0007]S1，依次改變激光與所述非侵入式半透明成像裝置的垂直軸之間的夾角0，每次 改變角度差A0，并使激光穿過所述半透明介質，在所述巧光物體上形成對應的巧光，所述 巧光采集裝置等間距分別采集每個夾角0對應的巧光，得到采樣巧光強度矩陣 中，所述角度差A0是.^1的大于等于2的設定整數倍，其中，A和W分別為激光波長和激光 束直徑；
[000引S2,根據所述采樣巧光強度矩陣Y,。。，重建得到重建的巧光強度矩陣：P:
【主權項】
1. 一種非侵入式半透明成像裝置的成像方法，所述非侵入式半透明成像裝置包括激光 器、熒光物體和熒光采集裝置，半透明介質位于所述激光器與熒光物體之間，其特征是，包 括如下步驟： S1，依次改變激光與所述非侵入式半透明成像裝置的垂直軸之間的夾角Θ，每次改變 角度差△ Θ，并使激光穿過所述半透明介質，在所述熒光物體上形成對應的熒光，所述熒光 采集裝置等間距分別采集每個夾角Θ對應的熒光，得到采樣熒光強度矩陣Y sn^其中，所 述角度差Δ Θ是i|的大于等于2的設定整數倍，其中，λ和￥分別為激光波長和激光束直 徑； 52, 根據所述采樣熒光強度矩陣￥3__重建得到重建的熒光強度矩陣f ·
其中，Sa為采樣矩陣，Il Ili表示L2范數的平方，ε為常數； 53, 根據所述重建的熒光強度矩陣f，重建所述熒光物體的圖像。
2. 如權利要求1所述的非侵入式半透明成像裝置的成像方法，其特征是，夾角Θ的最 大值為（N-I) Δ Θ，其中，N為重建的熒光強度矩陣；P的階數。
3. 如權利要求1所述的非侵入式半透明成像裝置的成像方法，其特征是，通過如下步 驟求解所述重建的熒光強度矩陣f: 完整的原始熒光強度矩陣Y由多個同樣大小的信號塊{pk}組成，其中： Pk= Dq k； 其中，Pk是第k個信號塊，D是超完備字典，q k是第k個信號塊的稀疏系數向量； 對于所述采樣矩陣Ys，利用插值算法將所述采樣矩陣1恢復到與所述原始熒光強度矩 陣Y同樣的大小的矩陣Yest: Yest=QYs; 其中Q為插值矩陣； 所述矩陣Yest由多個同樣大小的信號塊{pU組成，其中：
其中，信號塊為與信號塊Pk對應位置處的信號塊，D est為超完備字典； 通過解以下的優化問題來得到超完備字典D和超完備字典Dest:
對于新得到的采樣熒光強度矩陣YS_MW，利用所述插值矩陣Q將所述采樣熒光強度矩陣 Ys_nJ~灰復到所述熒光強度矩陣Y的大小，得到矩陣Y 然后所述超完備字典Dest對矩陣Y est _的每一個信號塊:pefcst_new:進行稀疏表示得到稀 疏系數向量gfew; 利用所述超完備字典D和所述稀疏系數向量得到所述重建的熒光強度矩陣f:
其中，4為所述重建的熒光強度矩陣？的與所述信號塊Pefcst_nevJ4置相對應的信號塊。
4. 如權利要求1所述的非侵入式半透明成像裝置的成像方法，其特征是，在所述步驟 S4中，根據相位恢復算法重建所述熒光物體的圖像。
5. 如權利要求4所述的非侵入式半透明成像裝置的成像方法，其特征是， 在步驟Sl中，所述原始熒光強度矩陣Y為：
其中，0(r)為在所述熒光物體的表面上熒光物質的分布函數，S(r-dl · Θ )表示在所述 熒光物體的表面上產生的激光散斑，r表示二維空間坐標向量； 所述根據相位恢復算法重建所述熒光物體的圖像包括如下步驟：
由于散斑函數的自相關是尖峰函數，可得：
求取重建的熒光強度矩陣f的傅里葉頻譜的模：
利用所述傅里葉頻譜的模根據相位恢復算法迭代重建所述熒光物體的圖像。
【專利摘要】一種非侵入式半透明成像裝置的成像方法，包括如下步驟：依次改變激光與所述非侵入式半透明成像裝置的垂直軸之間的夾角θ，每次改變角度差Δθ，并使激光穿過所述半透明介質，在所述熒光物體上形成對應的熒光，所述熒光采集裝置等間距分別采集每個夾角θ對應的熒光，得到采樣熒光強度矩陣Ys_new；其中，所述角度差Δθ是的大于等于2的設定整數倍，其中，λ和w分別為激光波長和激光束直徑；根據所述采樣熒光強度矩陣Ys_new重建得到重建的熒光強度矩陣滿足根據所述重建的熒光強度矩陣重建所述熒光物體的圖像。本發明使非侵入式半透明成像過程更加高效。
【IPC分類】G01N21-64, G06T7-00
【公開號】CN104865234
【申請號】CN201510299810
【發明人】金欣, 魏開運, 戴瓊海
【申請人】清華大學深圳研究生院
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月3日