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一种傅里叶域的光场解卷积方法及装置制造方法及图纸

技术编号:32034213 阅读:17 留言:0更新日期:2022-01-27 13:21
本申请提出一种傅里叶域的光场解卷积方法及装置,涉及计算机摄像学技术领域,其中,该方法包括:获取光场显微数据,将光场显微数据通过随机角度组合的方式进行两两组合,形成多组角度子组;将多组角度子组输入傅里叶域中进行重建迭代处理,得到重建图像。与现有技术相比,本申请通过随机角度组合的方式将获取的光场显微数据进行两两组合以形成多组角度子组,并在傅里叶域中对形成的多组角度子组进行三维重建的方案,在实现了无伪影重建的同时,降低了计算成本,加快了3D成像的重建速度。加快了3D成像的重建速度。加快了3D成像的重建速度。

【技术实现步骤摘要】
一种傅里叶域的光场解卷积方法及装置


[0001]本申请涉及计算机摄像学
,尤其涉及一种傅里叶域的光场解卷积方法及装置。

技术介绍

[0002]大量的生物动力学实验只能以3D高速捕获,这对当前的显微技术提出了巨大挑战。光场显微镜(LFM)是具有紧凑系统的一种优雅的计算解决方案,通过捕获快照中的空间和角度信息,LFM可以通过不同的算法恢复高速3D信息,进而通过恢复的高速3D信息来探索各种生物学应用,特别是用于大规模神经活动的3D观察。但是,通过现有技术获取的重建图像伪影严重,计算成本高且恢复速度慢。

技术实现思路

[0003]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0004]为此,本申请的第一个目的在于提出一种傅里叶域的光场解卷积方法,以实现无伪影重建的同时,降低计算成本,加快3D成像的重建速度。
[0005]本申请的第二个目的在于提出一种傅里叶域的光场解卷积装置。
[0006]本申请的第三个目的在于提出一种计算机设备。
[0007]本申请的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
[0008]为达上述目的,本申请第一方面实施例提出了一种方法,包括:获取光场显微数据,将所述光场显微数据通过随机角度组合的方式进行两两组合,形成多组角度子组;将所述多组角度子组输入傅里叶域中进行重建迭代处理,得到重建图像。
[0009]可选的,在本申请实施例中,将所述多组角度子组输入傅里叶域中进行重建迭代处理,具体包括:在所述傅里叶域下进行重建体前传投影;在所述傅里叶域下进行实拍图反传投影;基于所述重建体前传投影和所述实拍图反传投影,生成误差矩阵;根据所述误差矩阵更新重建体。
[0010]可选的,在本申请实施例中,在根据所述误差矩阵更新重建体之后,还包括:采用3DTV的方式对更新后的重建体进行优化。
[0011]可选的,在本申请实施例中,所述的傅里叶域的光场解卷积方法,包括:所述将所述多组角度子组输入傅里叶域中进行重建迭代处理的表达式为:其中,X
i
与X
i+1
为第i次和第i+1次的迭代重建体,E为误差矩阵,ω
u
为角度或角度组
合u的权重,F(
·
)与F
‑1(
·
)分别表示傅里叶变换与傅里叶逆变换,R(
·
)表示曾复制函数,N
Z
为具体的体层数。
[0012]可选的,在本申请实施例中,所述的傅里叶域的光场解卷积方法,包括:所述采用3DTV的方式对更新后的重建体进行优化的表达式为:其中,α为单次3DTV优化的系数,k为每次3DTV优化的小迭代次数,和分别为在第i+1次重建迭代时,第k+1次3DTV小迭代后的迭代体和第k次小迭代后的迭代体,v
k
为第k次小迭代的迭代体的三维总变差,为三维总变差的L2范数。
[0013]为达上述目的,本申请第二方面实施例提出了一种傅里叶域的光场解卷积装置,包括:获取组合模块,用于获取光场显微数据,将所述光场显微数据通过随机角度组合的方式进行两两组合,形成多组角度子组;重建迭代处理模块,用于将所述多组角度子组输入傅里叶域中进行重建迭代处理,得到重建图像。
[0014]可选的,在本申请实施例中,所述重建迭代处理模块,具体包括:第一投影单元,用于在所述傅里叶域下进行重建体前传投影;第二投影单元,用于在所述傅里叶域下进行实拍图反传投影;生成单元,用于基于所述重建体前传投影和所述实拍图反传投影,生成误差矩阵;更新单元,用于根据所述误差矩阵更新重建体。
[0015]可选的,在本申请实施例中,所述重建迭代处理模块,还包括:优化单元,用于采用3DTV的方式对更新后的重建体进行优化。
[0016]为达上述目的,本申请第三方面实施例提出了一种计算机设备,包括:包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时,实现如本申请第一方面实施例所述的方法。
[0017]为了实现上述目的,本申请第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,实现如本申请第一方面实施例所述的方法。
[0018]综上所述,本申请实施例提供的傅里叶域的光场解卷积方法、光场解卷积装置、计算机设备和非临时性计算机可读存储介质,该方案将获取的光场显微数据通过随机角度组合的方式进行两两组合,形成多组角度子组;之后,将多组角度子组输入傅里叶域中进行重建迭代处理,得到重建图像。与现有技术相比,本申请通过随机角度组合的方式将获取的光场显微数据进行两两组合以形成多组角度子组,并在傅里叶域中对形成的多组角度子组进行三维重建的方案,在实现了无伪影重建的同时,降低了计算成本,加快了3D成像的重建速度。
[0019]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变
得明显,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0020]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:图1为本申请实施例所提供的一种傅里叶域的光场解卷积方法的流程图;图2为本申请实施例与现有技术的速度提升对比图;图3为本申请实施例中的重建算法流程图;图4为本申请实施例与现有技术的噪声鲁棒性提升对比图;以及图5为本申请实施例所提供的一种傅里叶域的光场解卷积装置的结构示意图。
具体实施方式
[0021]下面详细描述本申请的实施例,所述实施例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或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
[0022]在本申请实施例呈现之前,考虑了通过硬件修改进行大量改进来解决现有技术的问题,或者从算法角度考虑。
[0023]考虑到最初提出光场时,光场成像使用传统的几何光学模型进行建模,通过用傅里叶切片理论进行解释,可以将几何光场处理的效率提高几个数量级。但是,几何模型无法在显微镜下准确描述光场,而当样本尺寸接近衍射极限时,会导致LFM的分辨率严重下降。2019年,有学者提出了一种在相空间域中具有平滑先验的相空间反卷积算法,以实现无伪像的高分辨率3D重构,将反卷积过程加速了10倍,但是其反卷积方法仍在空间域中建模,该算法的噪声鲁棒性仍旧有提高空间。
[0024]作为一种宽视场成像方法,LFM通常具有非常强的离焦平面背景荧光,这会给相空间测量带来很多散粒噪声。另外,较高的成像帧速率会导致更短的曝光时间,这将进一步降低信噪比(SNR)。与明场成像不同,由于光子总量有限,SNR是荧光显微镜成像速度的固有限制。为了实现高速3D成像,严重的散粒噪声对重建算法提出了另一个要求,即噪声鲁棒性。因此,有必要在光场显微镜(LFM)中开发一种算法,以实现无伪影重建,低计算成本和强大的噪声鲁棒本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种傅里叶域的光场解卷积方法,其特征在于,包括:获取光场显微数据,将所述光场显微数据通过随机角度组合的方式进行两两组合,形成多组角度子组;将所述多组角度子组输入傅里叶域中进行重建迭代处理,得到重建图像。2.如权利要求书1所述的傅里叶域的光场解卷积方法,其特征在于,将所述多组角度子组输入傅里叶域中进行重建迭代处理,具体包括:在所述傅里叶域下进行重建体前传投影;在所述傅里叶域下进行实拍图反传投影;基于所述重建体前传投影和所述实拍图反传投影,生成误差矩阵;根据所述误差矩阵更新重建体。3.如权利要求书2所述的傅里叶域的光场解卷积方法,其特征在于,在根据所述误差矩阵更新重建体之后,还包括:采用3DTV的方式对更新后的重建体进行优化。4.如权利要求书1至3任一所述的傅里叶域的光场解卷积方法,其特征在于,包括:所述将所述多组角度子组输入傅里叶域中进行重建迭代处理的表达式为:其中,X
i
与X
i+1
为第i次和第i+1次的迭代重建体,E为误差矩阵,ω
u
为角度或角度组合u的权重,F(
·
)与F
‑1(
·
)分别表示傅里叶变换与傅里叶逆变换,R(
·
)表示曾复制函数,N
Z
为具体的体层数。5.如权利要求书3所述的傅里叶域的光场解卷积方法,其特征在于,包括:所述采用3DTV的方式对更新后的重建体进行优化的表达式为:其中,α为单次3DTV优化...

【专利技术属性】
技术研发人员:方璐朱天奕戴琼海
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:

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