CN111528792A - 一种基于光谱信息压缩及恢复的快速高光谱眼底成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学领域，公开了一种基于光谱信息压缩及恢复的快速高光谱眼底成像方法。该方法通过将眼底中各位置的光谱信息压缩为彩色眼底图像，随后利用光谱信息恢复算法将彩色眼底图像恢复为高光谱眼底图像。由于该方法仅需单次彩色眼底成像即可获得高光谱眼底图像，可显著提高光谱成像速度，有效克服了传统高光谱眼底成像技术难以实现高时间分辨率、高空间分辨率及高光谱分辨率的缺陷，将有助于高光谱眼底成像技术在临床中的实际应用。
Description
技术领域
本发明属于光学领域，涉及一种基于光谱信息压缩及恢复的快速高光谱眼底成像方法。
背景技术
在临床上，通常通过彩色眼底相机等方法对视网膜血管进行成像及观测，进而辅助医生进行眼底疾病的诊断。然而，彩色眼底相机由于仅采集了红、绿、蓝三个通道，因此忽略了视网膜组织丰富的光谱信息。这些光谱信息通常与血氧蛋白浓度、血氧饱和度、组织组成成分等重要生理参数密切相关，对更为精准的眼底疾病诊断尤为重要。高光谱眼底成像技术利用不同波长的入射光照明眼底，利用眼底组织及病理产物吸收和反射光谱的差异，通过采集空间上各位置的反射光谱进而得到眼底的高光谱图像。因此，高光谱成像方法不仅可以提供眼底不同组织及病理的结构信息，还可以提供血红蛋白浓度、血氧饱和度等功能信息，具有应用于临床眼底疾病诊断的潜在应用前景。然而，高光谱眼底成像技术通常采用扫描式成像方式，一次扫描仅能采集三维高光谱数据中的一个一维或二维子集，因此其成像速度通常较慢，极大地限制了其在临床上的实际应用。因此，临床眼底疾病诊断中亟需一种高时间分辨率、高空间分辨率和高光谱分辨率的高光谱眼底成像技术。
发明内容
本发明提供了一种基于光谱信息压缩及恢复的快速高光谱眼底成像方法。该方法通过将眼底中各位置的光谱信息压缩为彩色眼底图像，随后利用光谱信息恢复算法将彩色眼底图像恢复为高光谱眼底图像。由于该方法仅需单次彩色眼底成像即可获得高光谱眼底图像，可显著提高光谱成像速度。
为了实现上述目标，本发明的技术方案如下：
本发明利用彩色眼底相机采集彩色眼底图像压缩与眼底反射相关的光谱信息，并利用训练得出的恢复模型恢复与眼底反射相关的光谱信息。首先，利用包含高光谱眼底图像和彩色眼底图像的训练数据集，建立从彩色眼底图像恢复到高光谱图像的恢复模型。随后，利用彩色眼底相机采集待检测眼的彩色眼底图像。最后，基于恢复模型和待检测眼的彩色眼底图像中各像素点的RGB值，恢复各像素点所对应的反射光谱，即恢复出待检测眼的高光谱眼底图像。
本发明所述的一种基于光谱信息压缩及恢复的眼底成像技术在成像速度上具有一定的优势，该方法仅需单次彩色眼底成像即可获得高光谱眼底图像，可显著提高光谱成像速度，有效克服了传统高光谱眼底成像技术难以实现高时间分辨率、高空间分辨率及高光谱分辨率的缺陷，将有助于高光谱眼底成像技术在临床中的实际应用。
附图说明
图1是本发明方法基于光谱信息压缩及恢复的快速高光谱眼底成像方法的流程图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施例。
如图1所示，一种基于光谱重建的快速高光谱眼底成像方法，步骤如下：
步骤1、利用包含高光谱眼底图像和彩色眼底图像的训练数据集，利用公式(1)建立从彩色眼底图像恢复到高光谱图像的恢复模型H。
其中，Rrv表示训练数据集中彩色眼底图像上各像素点的RGB值I与该像素点反射光谱Λ之间的相关矩阵，Rvv是I的自相关矩阵。
步骤2、利用彩色眼底相机采集待检测眼的彩色眼底图像，将与眼底反射相关的光谱信息进行压缩，，其光谱信息压缩过程可由公式(2)表示：
Ii＝∫E(λ)Λ(λ)fi(λ)dλ i＝R，G，B (2)
其中，λ表示波长，E(λ)表示在光源在λ波长下的强度，Λ(λ)表示眼底在λ波长下的反射率，fi(λ)表示CCD相机的红、绿、蓝三个通道分别在λ波长下的响应率。
步骤3、基于步骤1中的恢复模型和步骤2中的待检测眼的彩色眼底图像上各像素点的RGB值I，，利用公式(3)恢复各像素点所对应的反射光谱
即恢复出高光谱眼底图像。
Claims (3)
1.一种基于光谱信息压缩及恢复的快速高光谱眼底成像方法，其特征在于，将眼底中各位置的光谱信息压缩为彩色眼底图像，随后利用光谱信息恢复算法将彩色眼底图像恢复为高光谱眼底图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于光谱信息压缩及恢复的快速高光谱眼底成像方法中的光谱信息压缩过程，其特征在于，利用彩色眼底相机采集彩色眼底图像压缩与眼底反射相关的光谱信息，其光谱信息压缩过程可由公式(1)表示：
Ii＝∫E(λ)Λ(λ)fi(λ)dλ i＝R，G，B (1)
其中，λ表示波长，E(λ)表示在光源在λ波长下的强度，Λ(λ)表示眼底在λ波长下的反射率，fi(λ)表示CCD相机的红、绿、蓝三个通道分别在λ波长下的响应率。
3.根据权利要求1所述的一种基于光谱信息压缩及恢复的快速高光谱眼底成像方法中的光谱信息恢复过程，其特征在于，利用包含高光谱眼底图像和彩色眼底图像的训练数据集，利用公式(2)建立从彩色眼底图像恢复到高光谱图像的恢复模型H。
其中，Rrv表示彩色眼底图像中各像素点的RGB值I与该像素点反射光谱Λ之间的相关矩阵，Rvv是I的自相关矩阵。随后，基于恢复模型H和待恢复彩色眼底图像中各像素点的RGB值I，利用公式(3)恢复各像素点所对应的反射光谱
即恢复出高光谱眼底图像。
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