散射成像中的横向分辨率计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种散射成像中的横向分辨率计算方法及装置，包括如下步骤：S1：设定散射介质的物理特性和物体所在深度平面；S2：在该深度平面上划分离散网格，计算各网格点处由散射介质扩散形成的时域曲线，得到三维空时扩散矩阵；S3：对三维空时扩散矩阵进行时域积分，得到该深度平面上由散射介质扩散形成的空域扩散光斑；S4：选取空域扩散光斑中轴线上的强度值，形成空域扩散曲线；S5：计算空域扩散曲线的半高宽得到该深度平面下的系统横向分辨率；S6：改变深度平面，重复上述步骤S1

【技术实现步骤摘要】
散射成像中的横向分辨率计算方法及装置


[0001]本专利技术涉及计算机成像学领域，特别是涉及一种散射成像中的横向分辨率计算方法及装置。

技术介绍

[0002]系统分辨率是指成像系统对成像目标的分辨能力，是对成像系统进行评估的重要标准，也是指导成像系统设计的重要准则。当成像目标位于散射介质内部时，散射介质会改变光子的强度和传播方向，因此光子原始携带的成像目标的信息也被修改，这进一步影响了成像系统的系统分辨率。同时，由于散射介质本身的物理特性也具有多样性的特点，建立一套通用的散射环境下成像系统分辨率的定量计算方法，面临着重大挑战。
[0003]现有的散射环境下成像系统分辨率的评估方法主要依靠实验测定，将散射场景中的成像目标更换为标准的分辨率测定板，然后从成像系统的重建结果中选出系统可分辨的最小组别，并以该组别内物体的间隔距离作为成像系统的分辨率。这种方法受实验条件的影响很大，更换实验条件或散射介质就需要重新测量，通用性差，且实验流程复杂。现有技术中缺乏一种通用的散射环境下的成像系统分辨率测试方法。

技术实现思路

[0004]为了弥补上述
技术介绍
的不足，本专利技术提出一种散射成像中的横向分辨率计算方法及装置，以解决现有的散射环境下成像系统分辨率的评估方法通用性差、不能适用于具有不同物理特性的散射介质的问题。
[0005]本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
[0006]一种散射成像中的横向分辨率计算方法，包括如下步骤：S1：设定散射介质的物理特性和物体所在深度平面；S2：在该深度平面上划分离散网格，计算各网格点处由散射介质扩散形成的时域曲线，得到三维空时扩散矩阵；S3：对三维空时扩散矩阵进行时域积分，得到该深度平面上由散射介质扩散形成的空域扩散光斑；S4：选取空域扩散光斑中轴线上的强度值，形成空域扩散曲线；S5：计算空域扩散曲线的半高宽得到该深度平面下的系统横向分辨率；S6：改变深度平面，重复上述步骤S1
‑
S5，得到成像系统随深度变化的横向分辨率曲线。
[0007]在一些实施例中，设定散射介质的物理特性包括约化散射系数、吸收系数和折射率；所述约化散射系数描述了散射介质对光线的散射作用，所述吸收系数描述了散射介质对光线强度的衰减作用，所述折射率是指光在真空中传播的速度与在该散射介质中传播速度之比。
[0008]在一些实施例中，三维空时扩散矩阵的计算方法如下：
[0009][0010]其中，
[0011][0012]上式中，φ(x，y，t)为当前深度平面上(x，y)位置处t时刻的辐射通量；D为散射介质的扩散系数；μ
′
s
为散射介质的约化散射系数；μ
a
为散射介质的吸收系数；c为光在散射介质中传播的速度；d为当前深度平面与散射介质前表面的距离；z
+，m
，z
‑
，m
为正负偶极子源的位置；exp(
·
)为指数函数。
[0013]在一些实施例中，所述正负偶极子源的位置由下式给出：
[0014]z
+，m
＝2m(d+2z
e
)+z0，
[0015]z
‑
，m
＝2m(d+2z
e
)
‑
2z
e
‑
z0，
[0016]m＝0，
±
1，
±
2，...
[0017]上式中，d为当前深度平面与散射介质前表面的距离；z0为入射光进入散射介质后被各向同性散射时光子所走过的距离，由z0＝1/μ
′
s
给出，μ
′
s
为散射介质的约化散射系数；z
e
为外推边界距离，在z＝
±
z
e
的外推平面上，平均辐射通量为0。
[0018]在一些实施例中，外推边界距离由下式给出：
[0019][0020]上式中，θ
i
为入射光的角度；cos(
·
)为余弦函数；sin(
·
)为正弦函数；R(
·
)为反射系数。
[0021]在一些实施例中，反射系数的计算方式由下式给出：
[0022][0023]上式中，n为相对折射率，由散射介质的折射率n2和空气的折射率n1之比给出；θ
t
为折射角，由公式θ
t
＝arcsin[n
·
sin(θ
i
)]给出。
[0024]在一些实施例中，对上述计算所得的三维空时扩散矩阵φ(x，y，t)进行时域积分，得到该深度平面上由散射介质扩散形成的空域扩散光斑，公式如下:
[0025][0026]在一些实施例中，选取二维空域扩散光斑中轴线上的强度值，形成一维空域扩散曲线，所述中轴线是指划分的离散网格的横向中轴线或纵向中轴线。
[0027]在一些实施例中，计算所得一维空域扩散曲线的半高宽得到该深度平面下的系统
横向分辨率；所述横向分辨率Δx是指在该深度平面下，成像系统可分辨的两点间的最小距离；所述半高宽是指空域扩散曲线峰值的一半处曲线的宽度，计算方法由下式给出：
[0028][0029][0030]上式中，为离散网格的横向中点或纵向中点。
[0031]本专利技术还提供一种散射成像中的横向分辨率计算装置，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现如上任一项所述的方法。
[0032]本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：本专利技术提供的散射成像中的横向分辨率计算方法及装置，通过理论计算不同深度平面下空域扩散曲线的半高宽来确定成像系统的分辨率，整个计算过程考虑了散射介质的物理特性如约化散射系数、吸收系数和折射率等因素，因此可以适用于不同类型的散射介质，是一种通用的定量计算散射环境中成像系统横向分辨率的方法。
附图说明
[0033]图1是本专利技术实施例的散射成像中的横向分辨率计算方法的流程图。
[0034]图2a是本专利技术实施例的散射场景示意图。
[0035]图2b是本专利技术实施例的由散射介质形成的空域扩散光斑的二维强度图。
[0036]图2c是图2b中纵向中轴线上的强度值形成的空域扩散曲线图。
[0037]图3a是本专利技术实施例的不同深度平面下的理论分辨率曲线图。
[0038]图3b
‑
3e是本专利技术实施例的系统横向分辨率的测试示意图。
具体实施方式
[0039]下面对照附图并结合优选的实施方式对本专利技术作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0040]需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念，或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种散射成像中的横向分辨率计算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：设定散射介质的物理特性和物体所在深度平面；S2：在该深度平面上划分离散网格，计算各网格点处由散射介质扩散形成的时域曲线，得到三维空时扩散矩阵；S3：对三维空时扩散矩阵进行时域积分，得到该深度平面上由散射介质扩散形成的空域扩散光斑；S4：选取空域扩散光斑中轴线上的强度值，形成空域扩散曲线；S5：计算空域扩散曲线的半高宽得到该深度平面下的系统横向分辨率；S6：改变深度平面，重复上述步骤S1
‑
S5，得到成像系统随深度变化的横向分辨率曲线。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，设定散射介质的物理特性包括约化散射系数、吸收系数和折射率；所述约化散射系数描述了散射介质对光线的散射作用，所述吸收系数描述了散射介质对光线强度的衰减作用，所述折射率是指光在真空中传播的速度与在该散射介质中传播速度之比。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，三维空时扩散矩阵的计算方法如下：其中，上式中，φ(x，y，t)为当前深度平面上(x，y)位置处t时刻的辐射通量；D为散射介质的扩散系数；μ
′
s
为散射介质的约化散射系数；μ
a
为散射介质的吸收系数；c为光在散射介质中传播的速度；d为当前深度平面与散射介质前表面的距离；z
+，m
，z
‑
，m
为正负偶极子源的位置；exp(
·
)为指数函数。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述正负偶极子源的位置由下式给出：z
+，m
＝2m(d+2z
e
)+z0，z
‑
，m
＝2m(d+2z
e
)
‑
2z
e
‑
z0，m＝0，
±
1，
±
2，...上式中，d为当前深度平面与散射...

【专利技术属性】
技术研发人员：金欣，杜东宇，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：