光学衍射层析成像激光扫描方法技术

本发明专利技术提供一种光学衍射层析成像激光扫描方法

【技术实现步骤摘要】
光学衍射层析成像激光扫描方法、装置和电子设备


[0001]本专利技术涉及三维显微成像
，尤其涉及一种光学衍射层析成像激光扫描方法
、
装置和电子设备
。

技术介绍

[0002]光学衍射层析显微镜
(Optical Diffraction Tomography
，
ODT)
是一种用于三维显微成像的技术，可以非破坏性地获取透明样品的折射率分布信息
。
在
ODT
中，激光扫描起到了关键作用
。
激光扫描通过改变入射角度或样品位置，获取样品的投影数据，通过获取的投影数据，重建样品的三维折射率分布
。
[0003]由于不同角度的激光扫描是个顺序过程，在考虑成像速度的时候，通常会选择有限数量的扫描角度
。
这将导致图像的傅立叶空间内的频率成分缺失，从而降低图像质量
。
[0004]现有技术中，一般根据人工经验选择扫描模式，如图1‑
图4所示，常见的扫描模式包括环形扫描
、
同心圆扫描
、
网格状扫描
、
费马扫描等
。
扫描模式的选择较为主观，导致频谱填充率较低，影响最终重建的图像质量，同时，扫描模式的选择浪费大量时间成本，影响图像三维重建效率
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种光学衍射层析成像激光扫描方法
、
装置和电子设备，用以解决现有技术中扫描模式的选择较为主观，导致频谱填充率较低，影响最终重建的图像质量的缺陷，通过自动化的确定最优扫描方式，确保最大频谱填充率以最大程度地填充傅立叶空间，提高图像质量和图像重建效率
。
[0006]本专利技术提供一种光学衍射层析成像激光扫描方法，包括：
[0007]基于扫描参数和初始扫描点集，确定频谱填充率，所述频谱填充率为在激光扫描时对投影图像对应的傅立叶空间的频谱进行填充的比例，所述初始扫描点集中包括至少两个扫描点组；
[0008]基于所述频谱填充率，构建激光扫描目标函数；
[0009]基于所述激光扫描目标函数，以最大化所述频谱填充率为优化目标，对所述初始扫描点集进行迭代优化，得到激光扫描最优解；
[0010]基于所述激光扫描最优解对应的目标扫描点组和所述扫描参数，确定激光最优扫描模式，以进行光学衍射层析成像激光扫描
。
[0011]根据本专利技术提供的光学衍射层析成像激光扫描方法，所述基于所述频谱填充率，构建激光扫描目标函数，包括：
[0012]仅基于所述频谱填充率，构建激光扫描目标函数；
[0013]或，
[0014]基于约束条件
、
所述约束条件对应的权重和所述频谱填充率，构建激光扫描目标函数，所述约束条件用于限定所述目标扫描点组中各扫描点的分布参数或成像参数
。
[0015]根据本专利技术提供的光学衍射层析成像激光扫描方法，所述基于所述激光扫描目标函数，以最大化所述频谱填充率为优化目标，对所述初始扫描点集进行迭代优化，得到激光扫描最优解，包括：
[0016]基于所述初始扫描点集，利用优化算法，对所述激光扫描目标函数进行优化，生成迭代扫描点集，所述优化算法用于在扫描点集空间中搜索激光扫描最优解，所述迭代扫描点集中的扫描点组与所述初始扫描点集中的扫描点组不全相同；
[0017]判断是否满足预设条件，所述预设条件包括：迭代次数是否大于第一预设阈值，或者激光扫描目标函数差值是否小于第二预设阈值，所述激光扫描目标函数差值是基于当前轮次的所述迭代扫描点集对应的迭代扫描函数值和上一轮次的所述迭代扫描点集对应的迭代扫描函数值确定的；
[0018]在不满足所述预设条件的情况下，将所述迭代扫描点集作为下一轮次的初始扫描点集进行迭代优化，直至满足所述预设条件时停止迭代，并基于最后一个迭代扫描点集对应的迭代扫描函数值，确定所述激光扫描最优解
。
[0019]根据本专利技术提供的光学衍射层析成像激光扫描方法，所述基于最后一个迭代扫描点集对应的迭代扫描函数值，确定所述激光扫描最优解，包括：
[0020]确定最后一个迭代扫描点集中所有扫描点组各自对应的迭代扫描函数值；
[0021]将最优的迭代扫描函数值对应的扫描点组确定为所述激光扫描最优解
。
[0022]根据本专利技术提供的光学衍射层析成像激光扫描方法，所述方法还包括：
[0023]基于所述激光扫描最优解对应的目标扫描点组，以最大化所述频谱填充率为优化目标，对所述扫描参数进行调整，确定激光最优扫描模式，以进行光学衍射层析成像激光扫描
。
[0024]根据本专利技术提供的光学衍射层析成像激光扫描方法，在所述确定激光最优扫描模式后，所述方法还包括：
[0025]将所述目标扫描点组进行存储，以基于所述目标扫描点组进行光学衍射层析成像激光扫描
。
[0026]根据本专利技术提供的光学衍射层析成像激光扫描方法，所述扫描参数包括光学参数和扫描角度数量，所述光学参数是基于光学系统确定的，所述扫描角度数量是基于目标拍摄帧率确定的
。
[0027]本专利技术还提供一种光学衍射层析成像激光扫描装置，包括：
[0028]第一确定模块，用于基于扫描参数和初始扫描点集，确定频谱填充率，所述频谱填充率为在激光扫描时对投影图像对应的傅立叶空间的频谱进行填充的比例，所述初始扫描点集中包括至少两个扫描点组；
[0029]构建模块，用于基于所述频谱填充率，构建激光扫描目标函数；
[0030]第二确定模块，用于基于所述激光扫描目标函数，以最大化所述频谱填充率为优化目标，对所述初始扫描点集进行迭代优化，得到激光扫描最优解；
[0031]第三确定模块，用于基于所述激光扫描最优解对应的目标扫描点组和所述扫描参数，确定激光最优扫描模式，以进行光学衍射层析成像激光扫描
。
[0032]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器
、
处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述光学衍射层析
成像激光扫描方法
。
[0033]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述光学衍射层析成像激光扫描方法
。
[0034]本专利技术提供的光学衍射层析成像激光扫描方法
、
装置和电子设备，通过扫描参数和初始扫描点集，确定频谱填充率，并基于频谱填充率，构建激光扫描目标函数，并以最大化频谱填充率为优化目标，即以最大化激光扫描目标函数为优化目标，对初始扫描点集进行迭代优化，得到激光扫描最优解，并根据激光扫描最优解对应的目标扫描点组和扫描参数，确定激光最优扫描模式，确保频谱填充率最大化以最大程度地填充傅立叶空间，提高重建后的图像质量，同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光学衍射层析成像激光扫描方法，其特征在于，包括：基于扫描参数和初始扫描点集，确定频谱填充率，所述频谱填充率为在激光扫描时对投影图像对应的傅立叶空间的频谱进行填充的比例，所述初始扫描点集中包括至少两个扫描点组；基于所述频谱填充率，构建激光扫描目标函数；基于所述激光扫描目标函数，以最大化所述频谱填充率为优化目标，对所述初始扫描点集进行迭代优化，得到激光扫描最优解；基于所述激光扫描最优解对应的目标扫描点组和所述扫描参数，确定激光最优扫描模式，以进行光学衍射层析成像激光扫描
。2.
根据权利要求1所述的光学衍射层析成像激光扫描方法，其特征在于，所述基于所述频谱填充率，构建激光扫描目标函数，包括：仅基于所述频谱填充率，构建激光扫描目标函数；或，基于约束条件
、
所述约束条件对应的权重和所述频谱填充率，构建激光扫描目标函数，所述约束条件用于限定所述目标扫描点组中各扫描点的分布参数或成像参数
。3.
根据权利要求1或2所述的光学衍射层析成像激光扫描方法，其特征在于，所述基于所述激光扫描目标函数，以最大化所述频谱填充率为优化目标，对所述初始扫描点集进行迭代优化，得到激光扫描最优解，包括：基于所述初始扫描点集，利用优化算法，对所述激光扫描目标函数进行优化，生成迭代扫描点集，所述优化算法用于在扫描点集空间中搜索激光扫描最优解，所述迭代扫描点集中的扫描点组与所述初始扫描点集中的扫描点组不全相同；判断是否满足预设条件，所述预设条件包括：迭代次数是否大于第一预设阈值，或者所述激光扫描目标函数差值是否小于第二预设阈值，所述激光扫描目标函数差值是基于当前轮次的所述迭代扫描点集对应的迭代扫描函数值和上一轮次的所述迭代扫描点集对应的迭代扫描函数值确定的；在不满足所述预设条件的情况下，将所述迭代扫描点集作为下一轮次的初始扫描点集进行迭代优化，直至满足所述预设条件时停止迭代，并基于最后一个迭代扫描点集对应的迭代扫描函数值，确定所述激光扫描最优解
。4.
根据权利要求3所述的光学衍射层析成像激光扫描方法，其特征在于，所述基于最后一个迭代扫描点集对应的迭代扫描函数值，确定所述激光扫描...

【专利技术属性】
技术研发人员：施可彬，马睿，耿乐，杨燕青，王艳丹，
申请(专利权)人：北京大学长三角光电科学研究院，
类型：发明
国别省市：