用于模拟显微术中的景深的方法和设备技术

一种用于模拟显微术中的景深的方法和设备，所述方法包括：计算全对焦图像的每个像素的模糊量；对所述全对焦图像的一个或多个区域执行点扩展函数运算；计算所述区域上的中间积分图像和规范化积分图像；以及基于中间积分图像和规范化积分图像确定每个像素的输出像素。

【技术实现步骤摘要】
用于模拟显微术中的景深的方法和设备
本专利技术的实施例总地涉及管理与数字显微术相关的图像，更特别地，涉及用于模拟数字显微术中的景深(depth of field, D0F)的方法和设备。
技术介绍
数字显微镜以不同深度对标本进行成像，以创建数字图像序列。每个图像表示标本在特定焦深处的一部分。因而，在某一深度处，整个标本只有一小部分对焦。数字图像序列沿着与深度对应的Z维度堆叠，称为Z叠层(z-stack)。Z叠层中的每个图像聚焦在所捕捉的标本中的不同深度处。还可通过使用标本的全对焦图像(all-focus image)和深度图来模拟Z叠层。该模拟在保留原始数据的深度相关的模糊和感觉的同时提供对原始Z叠层的非常低带宽的近似(approximation)，并且在各种Z叠层数据压缩方案中可以有所帮助。模拟显微术中的DOF提出了当前技术未充分解决的许多问题。根据模拟DOF的一种尝试，公开了通过使用图像形成模型作为与系统的点扩展函数(PSF)的空间变化二维卷积，来间接地使用Z叠层，其中使用高斯形状的滤波器对PSF进行建模。然而，在这种方法中，由于该过程的空间变化性质，计算复杂度高。由于实现满意的离焦模糊所需的滤波器的大空间支持，复杂度进一步增大。其他的常规方法通常需要质量与复杂度之间的权衡。在一种这样的常规方案中，模拟人工计算机产生的场景的DOF要求结果具有高图形质量，这是以高复杂度为代价实现的。因而，需要一种模拟显微术中的景深(DOF)的方法和设备。
技术实现思路
一种用于模拟显微术中的景深(DOF)的设备和/或方法，基本如至少一幅附图所示和/或结合其进行描述，如权利要求中更完整地阐述的那样。从以下描述和附图，本公开内容的各种优点、方面和新颖特征以及本专利技术的示出的实施例的细节将被更充分地理解。【附图说明】为了以上陈述的本专利技术的特征可被详细地理解，可参照实施例对以上简要总结的本专利技术进行更具体地描述，这些实施例中的一些在附图中示出。然而，要指出，附图仅仅示出了本专利技术的典型实施例，因此并不被认为是对本专利技术的范围的限制，因为本专利技术可认可其他同样有效的实施例。图1描绘根据本专利技术的示例性实施例的用于模拟显微术中的景深(DOF)的设备的框图；图2描绘根据本专利技术的示例性实施例的示例性Z叠层；图3描绘根据本专利技术的示例性实施例的图2的Z叠层中的五个单个图像；图4描绘根据本专利技术的示例性实施例的关于图2和图3所示的Z叠层和图像的全对焦图像和深度图的例子；图5描绘根据本专利技术的示例性实施例的用于模拟显微术中的DOF的方法的流程图；图6描绘根据本专利技术的示例性实施例的框(box)形点扩展函数(PSF)的求和方法的图示；图7描绘根据本专利技术的示例性实施例的BOX PSF方法的示例性结果；图8描绘根据本专利技术的示例性实施例的使用迭代BOX PSF模拟DOF的方法800 ；图9描绘根据本专利技术的示例性实施例的用于I维和2维这两种情况的三角滤波器的 PSF ；图10描绘根据本专利技术的示例性实施例的使用三角PSF模拟DOF的方法1000的流程图；图11描绘根据本专利技术的示例性实施例的用于基于三角的PSF的第三种PSF求和方法的图示；以及图12描绘根据本专利技术的示例性实施例的第一种方法、第二种方法和第三种方法与原始Z叠层相比的示例性结果。【具体实施方式】本公开的实施例总地包括用于模拟显微术中的景深(DOF)的设备和/或方法，基本如至少一幅附图中所示和/或结合其描述的那样，如权利要求中更完整地阐述的那样。根据实施例，用于模拟显微成像中的DOF的方法包括使用深度图和全对焦图像来近似显微镜捕捉的图像序列。图像序列在Z叠层中对应于不同的景深。实施例还包括将显微镜的点扩展函数(PSF)近似为Z叠层中的每一个图像的每个像素的框函数。全对焦图像的每个像素对所模拟的Z叠层的贡献是全对焦图像的像素的模糊版本，在该模糊版本中，模糊量取决于深度差。图1描绘根据本专利技术的示例性实施例的用于模拟显微术中的景深(DOF)的设备100的框图。设备100包括数字显微镜102和计算装置104。在某些实施例中，数字显微镜102与计算装置104耦合。在其他实施例中，图像的叠层由显微镜102创建，并且例如通过记忆棒、光盘、网络连接等传送到计算装置104。数字显微镜102以不同深度捕捉标本的数字图像，以创建图像序列。数字显微镜102使标本在不同深度处成像，以创建数字图像序列。为了说明的目的，数字图像序列用以下表达式A:1 (X，y, z)表示，其中，(X，y)是空间索引，x=0至X -1, y=0至Y -1, z是深度索引，z=0至Z-1【表达式A】。计算装置104包括中央处理单元(或CPU)106、支持电路108、存储器110和I/O装置112。CPU106可包括便于数据处理和存储的一个或多个市售的微处理器或微控制器。各种支持电路108便于CPU106的操作，并且包括一个或多个时钟电路、电源、高速缓存、输入/输出电路等。存储器110包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、盘驱动器储存器、光学储存器、可移动储存器等中的至少一个。存储器110包括操作系统(OS) 114和DOF模拟模块116。DOF模拟模块116模拟使用数字显微镜102捕捉的标本的图像序列。DOF模拟模块116包括全对焦图像产生器118和深度图产生器120。全对焦图像产生器118根据本专利技术的原理产生全对焦图像。如本文中所使用的，术语“全对焦图像”是指载玻片上的标本的图像序列的Z叠层从三维到两维的减少，以使得结果包含对焦的整个标本。如共同转让的、代理人案号为#201003513.01的美国专利申请中所述的，通过根据特定测度对每个图像进行加权并相应地组合加权的图像来形成全对焦图像，该申请的全部内容特此通过引用并入。全对焦图像是Z叠层中的图像的在每个焦深处对焦的、没有离焦模糊的部分的合成。全对焦图像用以下表达式B:1 ^0(Xj)【表达式B】来表示。为了确定全对焦图像，深度图产生器120计算每个像素处的深度来产生深度图，深度图指示Z叠层的哪个图像在该像素处具有最佳聚焦。深度图用以下表达式C:d(x，y)【表达式C】表示。深度图d(x，y)指示Z叠层中的哪个图像在每个位置(x，y)处对焦最佳。在操作中，计算装置104执行DOF模拟模块116。DOF模拟模块116促成实施利用深度图和全对焦图像近似显微镜102捕捉的图像序列的一种或多种方法。图2描绘数字显微镜102产生的示例性Z叠层200。Z叠层200中的每个图像以不同深度聚焦在标本中。数字显微镜102在不同焦深处捕捉标本的数字图像，以创建图像序列。因而，随着查看标本而递增焦深，以捕捉标本的不同对焦部分。数字图像序列沿着与深度对应的Z维度堆叠，以使得对于每个焦深，在Z叠层中存在相关联的具有对焦的标本部分的图像。图3描绘根据本专利技术的示例性实施例的图2所示的Z叠层200的五个单独图像。图3示出图像302、304、306、308和310，每个图像在不同的Z深度处。例如，当数字显微镜的用户一开始查看标本的载玻片时，图像302出现。如果用户希望将焦点调整到不同的Z深度，则图像304出现，以此类推，形成图2中所示的Z叠层200。在一些应用中，在Z叠层中存在大量图像，例如，15个、30个或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模拟显微成像中的景深DOF的方法，所述方法包括：计算全对焦图像的每个像素的模糊量；对所述全对焦图像的一个或多个区域执行点扩展函数运算；计算所述区域上的中间积分图像和规范化积分图像；以及基于所述中间积分图像和所述规范化积分图像确定每个输出像素，以生成模拟的景深图像。

【技术特征摘要】
2012.07.19 US 13/553,4341.一种用于模拟显微成像中的景深DOF的方法，所述方法包括: 计算全对焦图像的每个像素的模糊量； 对所述全对焦图像的一个或多个区域执行点扩展函数运算； 计算所述区域上的中间积分图像和规范化积分图像；以及 基于所述中间积分图像和所述规范化积分图像确定每个输出像素，以生成模拟的景深图像。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述运算包括将所述PSF近似为所述全对焦图像的框函数。3.根据权利要求2所述的方法，其中，对PSF进行近似的步骤进一步包括: 针对所有深度处的每个输出图像的每个像素，对中间和和规范化和进行初始化，并计算每个输出图像的每个像素的模糊量； 其中，所述运算还包括对框形PSF的至少四个角执行至少四对运算，且 其中，所述输出像素被确定为所述中间积分图像与所述规范化积分图像之间的比率。4.根据权利要求2所述的方法，其中，对图像序列进行近似的步骤还包括以一次或多次迭代连续地执行所述PSF的框函数。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述运算包括将所述点扩展函数PSF近似为三角函数。6.根据权利要求5所述的方法，还包括: 针对所有深度处的每个输出图像的所有X值和y值，对中间和和规范化和进行初始化，以及 计算每个像素的模糊量； 其中，所述运算还包括对与三角PSF对应的至少九个不同位置执行至少九对运算，且 其中，所述输出像素被确定为所述中间积分图像与所述规范化积分图像之间的比率。7.根据权利要求1所述的方法，还包括: 将深度相关的离焦模糊应用于所述Z叠层的全对焦图...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明昌，M·罗伯尔森，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：