一种高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法技术

本发明专利技术公开了一种高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，可改善光学相干共焦显微内镜系统中存在的由于使用高数值孔径透镜，导致相干门位置偏移带来的曲率伪影，以及视场边缘模糊形变的问题；本技术方案通过分析恢复参考面的相位信息，建立一个校准相位映射图表，将此表映射到原图中，从而校正相干门曲率，此相位信息可直接用于OCM图像的相干性处理，以及任何阶的系统色散，都可以通过计算的方式来校正消除，实现在不改变系统光路结构的基础上，提高成像性能，此方法用于光学相干共焦显微内镜系统及相似成像系统中，兼顾了探头小型化与成像质量的平衡，可使之成为快速、无染色、高灵敏度与特异性的医学诊断工具。

【技术实现步骤摘要】
一种高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法
本专利技术涉及一种图像校正方法，尤其涉及的是一种高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法。
技术介绍
在医学成像领域，OCT（光学相干断层）扫描作为一种新颖的光学成像技术，可帮助医务人员观察组织内部的结构和形态，发现微小病灶。它基于光的干涉原理，采用红外光作为光源，能穿透扫描介质的一定深度，将探测信号通过计算恢复成组织的纵向截面图，具有高分辨、非接触、无标记的优点，作为一种在体病理的判断手段，反映出生物组织的内部结构、散射系数等重要信息。近年来，OCT技术结合其他成像技术的多模式成像系统，并提供更精确的诊断依据已成为研究热点。通常情况，OCT系统放大倍率受限于扫描场镜，横向分辨率不高，纵向分辨率随成像深度的变化递减，因此不好在成像深度与分辨率之间做平衡。而共聚焦显微技术（laserscanningconfocalmicroscopy，LSCM）则可以弥补上述问题的不足，在高数值孔径的显微物镜下，通过照明针孔与探测针孔对被照射点或被探测点的共轭关系，实现较高横向分辨率，但共聚焦扫描成像的深度浅，需要使用荧光剂对样品进行染色成像，导致其应用范围受限，因此两种成像手段各有优缺点。专利CN107328743A提出了一种光学相干共焦显微内镜系统，即OCM内镜系统（opticalcoherencemicroscopy，光学相干显微），通过设计改进光学系统，结合了OCT与共聚焦两种成像手段的优点，在不明显降低成像深度的同时显著提升OCT分辨率，并将其应用于内窥镜当中。但是在光学相干共焦显微内镜系统中，由于光纤的特性以及高数值孔径透镜的使用会使得在光学扫描过程中的相干门位置偏移和曲率变化变得明显，特别是有些非远心透镜，扫描镜头的后焦平面与扫描机构的中轴不重合，在系统中对光束的扫描会导致光程的发生改变，从而OCM相干门位置也发生偏移，出现曲率伪影，图像强度和分辨率不均匀，成像视场的边缘会出现模糊形变，甚至图像消失等问题。而且远心透镜往往有多个透镜组构成，光学设计复杂，无法小型化的同时也难以达到完美对齐，消除光程变化。因此限制了现有系统的成像视场，也影响了成像效果。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，旨在解决光学相干共焦显微内镜系统中存在的由于使用高数值孔径透镜，导致相干门位置偏移带来的曲率伪影，以及视场边缘模糊形变的问题。本专利技术的技术方案如下：一种高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其中，包括以下步骤：在OCM系统的样品臂上放置一平面反射镜，获得平面反射镜镜面的OCM信号的二维相干门位置曲率；根据平面反射镜镜面信号的相干门位置曲率获得相干门的相位分布；根据相干门的相位分布，计算出能将曲率抹平的校准相位映射图表；将原始平面反射镜镜面信号通过合适的窗口函数进行切趾处理并进行波形整形；对开窗、波形整形后的信号减去背景噪声后，得到经过初步处理的原始OCM信号；将原始OCM信号的每个像素都进行原始干涉光谱乘以校准相位映射图表中相应的校准相位；对乘以校准相位后的信号对波数求和，得到优化后的OCM图像。所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其中，在OCM系统的样品臂上放置一平面反射镜，将平面反射镜对准光束焦点，以收集背向散射光，通过计算平面反射镜镜面的OCM信号可以测量出二维相干门的位置曲率。所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其中，在OCM系统的样品臂上放置一平面反射镜，获得平面反射镜镜面的OCM信号的二维相干门位置曲率，所述OCM信号为空间其中一点的深度探测信号，表示为A(x,y,k)，x、y为空间维数，k为光源波数。所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其中，根据平面反射镜镜面信号的相干门位置曲率获得相干门的相位分布，所述相位分布为整个相干门位置的相位分布，相干门的相位分布通过以下方法获得：通过采集多张不同相位的OCM信号图，通过多步相移计算获取只含有物体信息的重构像的相干门相位。所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其中，通过四步相移计算获取只含有物体信息的重构像的相干门相位，计算公式如式1：式1，其中，表示相干门的相位，、、、分别表示4个不同相位状态下的OCM信号强度。所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其中，根据相干门的相位分布，计算出能将曲率抹平的校准相位映射图表，校准相位映射图表可以通过式2获得：式2，其中，表示校准相位映射，C(x,y)为校正后的曲面系数。所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其中，将原始平面反射镜镜面信号通过合适的窗口函数进行切趾处理并进行波形整形，其中，所述合适的窗口函数为汉宁窗，窗口表达式为w（k）：式3，其中，为波数间距。所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其中，所述波形整形处理后的信号为B(x,y,k):式4。所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其中，对开窗、波形整形后的信号减去背景噪声后，得到经过初步处理的原始OCM信号，初步处理的OCM信号为减去背景噪声后的信号C(x,y,k)：式5，其中，N(x,y)为系统背景噪声分布。所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其中，将原始OCM信号的每个像素都进行原始干涉光谱乘以校准相位映射图表中相应的校准相位，对乘以校准相位后的信号对波数求和，得到优化后的OCM图像，其中OCM信号乘以相应的校准相位并对波数k求和通过式6获得：式6，其中，z为成像面与焦平面的距离，z=0。本专利技术的有益效果：本专利技术通过提供一种高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，可改善光学相干共焦显微内镜系统中存在的由于使用高数值孔径透镜，导致相干门位置偏移带来的曲率伪影，以及视场边缘模糊形变的问题；本技术方案通过分析恢复参考面的相位信息，建立一个校准相位映射图表，将此表映射到原图中，从而校正相干门曲率，此相位信息可直接用于OCM图像的相干性处理，以及任何阶的系统色散，都可以通过计算的方式来校正消除，实现在不改变系统光路结构的基础上，提高成像性能，此方法用于光学相干共焦显微内镜系统及相似成像系统中，兼顾了探头小型化与成像质量的平衡，可使之成为快速、无染色、高灵敏度与特异性的医学诊断工具。附图说明图1是本专利技术中简化的高数值孔径非远心系统的结构示意图。图2是本专利技术中高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法的步骤流程图。图3a是本专利技术中z=0处的原始OCM图。图3b是本专利技术中z=20um处的为原始OCM图。图3c是本专利技术中经过校正方法处理后的OCM图。图3d是本专利技术中校正相位分布图表。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其特征在于，包括以下步骤：/n在OCM系统的样品臂上放置一平面反射镜，获得平面反射镜镜面的OCM信号的二维相干门位置曲率；/n根据平面反射镜镜面信号的相干门位置曲率获得相干门的相位分布；/n根据相干门的相位分布，计算出能将曲率抹平的校准相位映射图表；/n将原始平面反射镜镜面信号通过合适的窗口函数进行切趾处理并进行波形整形；/n对开窗、波形整形后的信号减去背景噪声后，得到经过初步处理的原始OCM信号；/n将原始OCM信号的每个像素都进行原始干涉光谱乘以校准相位映射图表中相应的校准相位；/n对乘以校准相位后的信号对波数求和，得到优化后的OCM图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
在OCM系统的样品臂上放置一平面反射镜，获得平面反射镜镜面的OCM信号的二维相干门位置曲率；
根据平面反射镜镜面信号的相干门位置曲率获得相干门的相位分布；
根据相干门的相位分布，计算出能将曲率抹平的校准相位映射图表；
将原始平面反射镜镜面信号通过合适的窗口函数进行切趾处理并进行波形整形；
对开窗、波形整形后的信号减去背景噪声后，得到经过初步处理的原始OCM信号；
将原始OCM信号的每个像素都进行原始干涉光谱乘以校准相位映射图表中相应的校准相位；
对乘以校准相位后的信号对波数求和，得到优化后的OCM图像。


2.根据权利要求1所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其特征在于，在OCM系统的样品臂上放置一平面反射镜，将平面反射镜对准光束焦点，以收集背向散射光，通过计算平面反射镜镜面的OCM信号可以测量出二维相干门的位置曲率。


3.根据权利要求1或2任一所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其特征在于，在OCM系统的样品臂上放置一平面反射镜，获得平面反射镜镜面的OCM信号的二维相干门位置曲率，所述OCM信号为空间其中一点的深度探测信号，表示为A(x,y,k)，x、y为空间维数，k为光源波数。


4.根据权利要求3所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方法，其特征在于，根据平面反射镜镜面信号的相干门位置曲率获得相干门的相位分布，所述相位分布为整个相干门位置的相位分布，相干门的相位分布通过以下方法获得：通过采集多张不同相位的OCM信号图，通过多步相移计算获取只含有物体信息的重构像的相干门相位。


5.根据权利要求4所述的高分辨光学相干共焦显微的图像校正方...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晖，孔冠岳，林立，
申请(专利权)人：佛山光微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44