一种光场显微系统的多色同步重建方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光场显微系统的多色同步重建方法，属于计算机视觉与数字图像处理领域。所述方法包括：A1：根据图像采集系统的波长响应函数，对多波长荧光光场图像提取光谱信息并进行光谱校正；A2：分离单波长光场图像，利用单波长光场显微重建算法进行逐一重建；A3：为单波长重建结果赋色，并按线性叠加原则将所有重建结果融合。本发明专利技术将同步多色光场重建方法解释为光谱信息提取与校正、单色重建和图像赋色与融合三个子方法，提出了一种易于实现、易于拓展的可靠的多色重建方法，对于推动神经科学的研究与促进同步多色光场显微技术的发展具有重要意义。具有重要意义。具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种光场显微系统的多色同步重建方法


[0001]本专利技术涉及计算机视觉与数字图像处理领域，尤其是涉及一种光场显微系统的多色同步重建方法。

技术介绍

[0002]光场显微是一种不需要扫描的光学显微成像技术，通过在传统光学显微镜特定位置放置微透镜阵列，就能以单帧率速度快速获取目标三维体积信息，与其他需要扫描成像的显微技术比较而言具有更优秀的时间分辨率，为高速生命活动、尤其是神经活动的完整观测提供了可能。目前，绝大多数光场显微研究仅考虑单色光，但是随着多色荧光观测的需求愈发强烈，多色光场显微的研发势在必行。按照成像方式，多色光场显微可以分类为异步多色成像与同步多色成像。异步多色成像指时间域上不同波长的信号光不同时出现的成像过程，只要对每一种单色光数据分别重建并融合，就可以得到多色三维重建结果。这种方法较容易实现，是现在主要采用的多色光场显微方法，但其牺牲了时间分辨率。同步多色成像是指在同一时刻同一空间有多种波长在成像，是近年来研究的热点，然而碍于成本较高、不易拓展等原因，没有得到更为广泛的应用，目前还依然处于早期探索阶段，不够成熟。两者都没能实现一种既易于实现、又易于拓展的可靠的多色重建方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是在于解决光场显微同步多色成像成本较高，不宜拓展的问题，提供一种光场显微系统的多色同步重建方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种光场显微系统的多色同步重建方法，包括如下步骤：
[0006]A1：根据图像采集系统的波长响应函数，从多波长荧光光场图像提取光谱信息并进行校正；
[0007]A2：根据校正后的光谱信息分离单波长光场图像，利用单波长光场显微重建算法进行逐一重建；
[0008]A3：为单波长重建结果赋予对应的颜色，以线性叠加的原则将所有重建结果进行融合。
[0009]在本专利技术一些实施例中，步骤A1包括：
[0010]A1
‑
1：从多波长荧光光场图像中提取初步估计光谱信息；
[0011]A1
‑
2：对光谱信息进行光谱校正。
[0012]在本专利技术一些实施例中，步骤A1
‑
1中，从多波长荧光光场图像中提取光谱信息的方法包括以下步骤：
[0013]A1
‑1‑
1：以图像各像素的RGB三元组为输入，结合图像采集设备的波长响应函数，构建估计各像素光谱信息的优化模型，即估计模型；A1
‑1‑
2：对光场图像每一像素位置遍历步骤A1
‑1‑
1中的估计模型(1)，得到初步的光谱信息。
[0014]在本专利技术一些实施例中，步骤A1
‑1‑
1具体操作如下：
[0015][0016]其中，S
ij
表示像素坐标为(i，j)处的光谱信息，C
ij
表示像素坐标为(i，j)处的多色荧光光场图像的RGB三元组数值，R
T
表示图像采集设备RGB三通道对波长响应函数构成的矩阵，表示l2
‑
范数的平方，表示根据优化模型估计得到的像素坐标为(i，j)处的光谱信息，argmin表示使目标函数f(x)取最小值时的变量值。
[0017]在本专利技术一些实施例中，步骤A1
‑
2中，对光谱转换结果进行光谱校正的方法包括以下步骤：
[0018]A1
‑2‑
1：对步骤A1
‑
1中得到的初步估计光谱信息各波段逐像素应用光谱校正函数，然后乘以波长相关的权重得到校正后的光谱信息；A1
‑2‑
2：对所有像素的各波长信息执行步骤A1
‑2‑
1，实现光谱的校正。
[0019]在本专利技术一些实施例中，步骤A1
‑2‑
1具体操作如下：
[0020][0021][0022]其中，V
ij
(k)表示校正后的像素坐标为(i，j)处的波长为k的强度信息，W(k)表示波长为k的权重值，表示根据优化模型估计初步得到的像素坐标为(i，j)处波长为k的光谱信息强度，r(x)表示光谱校正函数，当自变量为非负的时候函数值等于自变量，反之为零。
[0023]在本专利技术一些实施例中，步骤A2包括以下步骤：
[0024]A2
‑
1：从步骤A1
‑
2得到的校正后的光谱信息中选取特定波长构成若干单波长光场图像；
[0025]A2
‑
2：使用现有的单波长光场显微算法逐一进行三维重建，得到若干单波长重建结果。
[0026]在本专利技术一些实施例中，步骤A3包括以下步骤：
[0027]A3
‑
1：为单波长重建结果赋色；
[0028]A3
‑
2：以线性叠加的原则融合所有单波长重建结果。
[0029]在本专利技术一些实施例中，步骤A3
‑
1包括以下步骤：
[0030]A3
‑1‑
1：对步骤A2
‑
2中得到的单波长重建结果，根据图像采集设备的波长响应函数，重新为其赋予其波长对应的响应颜色；
[0031]A3
‑1‑
2：对步骤A2
‑
2得到的所有单波长重建结果的所有体素执行步骤A3
‑1‑
1，完成单波长重建结果的赋色。
[0032]在本专利技术一些实施例中，步骤A3
‑1‑
1具体操作如下：
[0033][0034]其中，C
xyz
(k)表示波长为k的重建结果体素坐标为(x，y，z)处的RGB彩色信息，R
T
(k)表示由图像采集设备波长响应函数在波长为k构成的矩阵，表示波长为k的重建结果体素坐标为(x，y，z)处的强度信息。
[0035]在本专利技术一些实施例中，步骤A3
‑
2包括以下步骤：
[0036]A3
‑2‑
1：使用步骤A3
‑
1得到的赋色完毕的一组单波长重建结果，逐体素将各重建结果的RGB彩色信息进行线性加和得到复合彩色信息，得到最终的多色重建结果；
[0037]A3
‑2‑
2：对步骤A3
‑
1得到的所有单波长重建结果执行步骤A3
‑2‑
1，得到多色光场显微三维重建图像。
[0038]在本专利技术一些实施例中，步骤A3
‑2‑
1具体操作为：
[0039][0040]其中，表示在体素坐标为(x，y，z)处的最终融合结果的RGB彩色信息，C
xyz
(k)表示波长为k的重建结果体素坐标为(x，y，z)处的RGB彩色信息，K表示单波长三维重建结果的数量，θ(k)表示波长为k的权重值。
[0041]本专利技术具有如下有益效果：
[0042]本专利技术引本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光场显微系统的多色同步重建方法，其特征在于，包括以下步骤：A1：根据图像采集系统的波长响应函数，从多波长荧光光场图像提取光谱信息并进行校正；A2：根据校正后的光谱信息分离单波长光场图像，利用单波长光场显微重建算法进行逐一重建；A3：为单波长重建结果赋予对应的颜色，以线性叠加的原则将所有重建结果进行融合。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A1包括：A1
‑
1：从多波长荧光光场图像中提取初步估计光谱信息；A1
‑
2：对光谱信息进行光谱校正。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤A1
‑
1中，从多波长荧光光场图像中提取光谱信息的方法包括以下步骤：A1
‑1‑
1：以图像各像素的RGB三元组为输入，结合图像采集设备的波长响应函数，构建估计各像素光谱信息的优化模型，即估计模型；A1
‑1‑
2：对光场图像每一像素位置遍历步骤A1
‑1‑
1中的估计模型(1)，得到初步的光谱信息。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤A1
‑1‑
1具体操作如下：其中，S
ij
表示像素坐标为(i,j)处的光谱信息，C
ij
表示像素坐标为(i,j)处的多色荧光光场图像的RGB三元组数值，R
T
表示图像采集设备RGB三通道对波长响应函数构成的矩阵，表示l2
‑
范数的平方，表示根据优化模型估计得到的像素坐标为(i,j)处的光谱信息，argmin表示使目标函数f(x)取最小值时的变量值。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤A1
‑
2中，对光谱转换结果进行光谱校正的方法包括以下步骤：A1
‑2‑
1：对步骤A1
‑
1中得到的初步估计光谱信息各波段逐像素应用光谱校正函数，然后乘以波长相关的权重得到校正后的光谱信息；A1
‑2‑
2：对所有像素的各波长信息执行步骤A1
‑2‑
1，实现光谱的校正。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A1
‑2‑
1具体操作如下：1具体操作如下：其中，V
ij
(k)表示校正后的像素坐标为(i,j)处的波长为k的强度信息，W(k)表示波长为k的权重值，表示根据优化模型估计初步得到的像素坐标为(i,j)处波长为k的光谱信息强度，r(x)表示光...

【专利技术属性】
技术研发人员：金欣，杨钰祺，
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：