CN112348907B - 一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩方法及装置，根据A‑line幅值图来选取阈值，用于B帧图像的图像中判断A‑line的初始点，每条初始点依次连接得到初始线，以初始线作为样品在B帧图像中的初始线，向下截取适当深度的数据作为有用信息；在尽可能的保存样品有用信息的前提下，有效的对数据量较大的三维数据进行压缩；在每条A‑line的幅值信号中通过阈值选取法可简单高效的获取样品的初始线信息，通过向下截取一定深度的数据，既保存了样品的有用信息数据，又缓解了高通量OCT的数据存储压力；使用OCT设备对样品进行成像时，当轴向成像范围越大时，其压缩率越大，效果越明显。
Description
技术领域
本发明涉及光学相干层析成像领域，具体涉及一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩方法及装置。
背景技术
光学相干层析扫描技术(OCT)是一种新兴的非侵入式光学检测技术，能够提供视网膜、皮肤等生物组织的高分辨率截面图像。OCT的基本结构是低相干干涉仪，也就是将宽带光源分成参考光和样品光两部分，当反射回的参考光和样品不同层面的反向散射光进行相干叠加，便会产生光学干涉信号。OCT系统采用光源的相干长度通常很小，在10微米左右，因此能提供高分辨率的生物组织信息。OCT技术主要可以分为两种:时域OCT(TD-OCT)和傅里叶域OCT(FD-OCT)。时域OCT系统的A线成像速率受制于参考臂的扫描速度，通常难以到达kHz级别的速度，而且病人在检测过程中的移动会严重影响高清3D组织结构图的获取。由于傅里叶域OCT系统无须扫描参考臂，具有更高的成像速率和灵敏度，因而更适合在体生物组织的3D成像，为成像领域的综合量化分析提供了更多的可能性。根据干涉检测方法的不同，傅里叶域OCT还可以分为频域OCT(SD-OCT)和扫频OCT(SS-OCT)。频域OCT使用宽带光源和高速光谱仪获得干涉信号，扫频OCT使用扫频激光器和光子探测器来产生干涉信号。频域OCT和扫频OCT都在一定程度上提高了探测深度，使得能够获取更多的样品信息。相比之下，扫频OCT具有更高的灵敏度、检测深度和成像速率，而频域OCT的相位稳定性更高，在重复扫描的功能成像应用中能提供更准确的检测结果。随着科研人员的进一步研究，高性能扫频OCT技术还具有宽视场和长成像范围的优点，这有效弥补了传统OCT成像范围短和视场窄的不足，但同时也带来了数据存储占用空间太大，并且保存了太多无用信息。因此对OCT数据的压缩可以有效的解决数据量过大、占用过多的存储空间的问题。
本专利涉及的现有相关技术涉及以下参考文献：
[1]Song S,Xu J,Wang R K.Long-range and wide field of view opticalcoherence tomography for in vivo 3D imaging of large volume object based onakinetic programmable swept source[J].Biomedical optics express,2016,7(11):4734-4748.
[2]Xu J,Song S,Wei W,et al.Wide field and highly sensitiveangiography based on optical coherence tomography with akinetic swept source[J].Biomedical optics express,2017,8(1):420-435.
[3]Wang Z,Potsaid B,Chen L,et al.Cubic meter volume optical coherencetomography[J].Optica,2016,3(12):1496-1503.
文献[1]所提技术具有超长距离、超宽视场的大体积OCT成像能力，文献[2]、[3]所提技术同样也具有超宽视场的大体积3D成像能力，但两者只有少数频率分量有样品信息，其他频率分量几乎都是噪声信号，进而导致保存的数据量偏大，所占用的存储空间太大。基于文献[1-3]所提技术存在的缺点，该专利针对所采数据进行压缩，从而极大的减少了数据存储空间。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩方法及装置，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
本发明提供一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩方法及装置，通过对OCT采集样品的三维信息数据进行压缩，能够减少样本数据所占的存储空间大小。根据A-line幅值图来选取阈值，A-line为B帧图像中的每一列像素，用于B帧图像(B-frame，又称为双向预测帧图像)的图像中判断A-line的初始点，每条初始点依次连接得到初始线，以初始线作为样品在B帧图像中的初始线，向下截取适当深度的数据(如初始线向下2.5mm)作为有用信息。这样在尽可能的保存样品有用信息的前提下，有效的对数据量较大的三维数据进行压缩。
本发明的目的是针对上述问题，提供一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩方法及装置，具体包括以下步骤：
S10，利用OCT设备对样品进行成像得到所测样品的三维信息数据；
S20，获取三维信息数据中的各幅B帧图像；
S30，通过各幅B帧图像中的幅值信息定位样品在深度方向的初始线并向下截取长度为M的B帧图像的信息数据，并保存每个B帧图像中样品初始线的深度信息；
S40，将截取的B帧图像的信息数据叠加得到三维压缩数据。
进一步的，在S10中，利用OCT设备对样品进行成像得到所测样品的三维信息数据的方法为：在OCT设备中光源的光通过光纤耦合器分别进入参考臂和样品臂，参考臂返回的光和样品臂返回的光到光纤耦合器发生干涉，产生干涉信号；以OCT的一次轴向信息的采集，经过变换可构成一条A-line，当X振镜扫描时，会得到样品的截面信息，即B帧图像，称该扫描为B扫描，在此基础上当Y振镜扫描时，可获取样品的包括幅值和相位信息的三维信息数据，称该扫描为C扫描。
进一步的，在S10中，所述三维信息数据由若干个B帧图像(B-frame，又称为双向预测帧图像)叠加得到，包含样品的幅值信息和相位信息，B帧图像由多个A-line组成，A-line为B帧图像中的每一列像素。
进一步的，在S30中，通过各幅B帧图像中的幅值信息定位样品在深度方向的初始线并向下截取长度为M的B帧图像的信息数据，并保存每个B帧图像中样品初始线的深度信息的方法包括以下步骤：
S31，根据A-Line幅值信号选取阈值：在OCT设备采集所测样品的三维信息数据时，根据采集到的B帧图像中A-line的幅值信息中的信号幅值，选取得到B帧图像噪声的平均信号幅值所处的位置，然后以所述位置的强度值的均值或像素灰度值的均值作为阈值；
S32，在OCT设备获取所测样品的的三维信息数据时，根据A-Line幅值信号选取阈值并根据阈值来判断每一条A-line中样品的初始线，A-line为B帧图像中的每一列像素，选取A-line沿深度方向第一个大于阈值的像素点作为样品在该A-line方向的初始点，对每一条A-line做如上操作，将获得的所有初始点依次连接组成初始线；
S33，其中所述向下截取长度为M的的B帧图像的信息数据从而得到压缩的B帧图像样品信息，并保存每个B帧图像中样品深度方向的初始线信息，其中，此处M＝2.5mm(即333像素，1mm≈133.33像素)，M取值范围为样品三维图像的表面到样品三维图像的质心的深度；
S34，依次对每一张B帧图像进行步骤S31到S33，直到全部执行完所有B帧图像，最终所有B帧图像的截取的B帧图像的信息数据并且得到每个B帧图像中深度方向的初始线。
进一步的，在S40中，将截取的B帧图像的信息数据叠加得到三维压缩数据的方法为：将各个截取的B帧图像的信息数据中每张截取的B帧图像数据进行叠加，得到样品三维信息数据，将每一幅B帧图像的初始线进行叠加得到样品整体的在深度方向的整体初始线数据，最终得到三维压缩数据。
本发明还提供了一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置，所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：
三维数据成像单元，用于利用OCT设备对样品进行成像得到所测样品的三维信息数据；
B帧图像获取单元，用于获取三维信息数据中的各幅B帧图像；
三维数据截取单元，用于通过各幅B帧图像中的幅值信息定位样品在深度方向的初始线并向下截取长度为M的B帧图像的信息数据，并保存每个B帧图像中样品初始线的深度信息；
三维数据压缩单元，用于将截取的B帧图像的信息数据叠加得到三维压缩数据。
本发明的有益效果为：本发明公开了一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩方法及装置，在每条A-line的幅值信号中通过阈值选取法可简单高效的获取样品的初始线信息，通过向下截取一定深度的数据，既保存了样品的有用信息数据，又缓解了高通量OCT的数据存储压力。使用OCT设备对样品进行成像时，当轴向成像范围越大时，其压缩率越大，效果越明显。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1所示为一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩方法流程图；
图2所示为一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置结构图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。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。
图1所示为一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩方法流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的方法。
本发明提出一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩方法，具体包括以下步骤：
利用OCT(SD-OCT、SS-OCT以及各种OCT系统的改进)设备对样品进行成像，得到所测样品的三维信息数据(若干个B帧图像叠加得到，包含样品的幅值信息和相位信息)；
所测样品可以为人体部分或整体也可以为物品；
获取三维信息数据的每一幅B帧图像(由多个A-line组成)；
通过B帧图像的幅值信息识别样品在深度方向的初始线，向下截取2.5mm，得到截取的B帧图像的信息数据，并保存每个B帧图像中样品初始线的深度信息。
将截取的B帧图像信息叠加，得到截取的三维信息数据。
利用所述OCT设备进行所测样品成像：光源的光通过光纤耦合器分别进入参考臂和样品臂，参考臂返回的光和样品臂返回的光到光纤耦合器发生干涉，产生干涉信号。通过OCT的一次轴向信息的采集(2048个像素的光谱信息)，经过变换可构成一条A-line，当X振镜扫描时，会得到样品的截面信息(即B帧图像)，称该扫描为B扫描，在此基础上当Y振镜扫描时，可获取样品的三维信息数据(包括幅值和相位信息)，称该扫描为C扫描。在本实施例中，系统的每一次B扫描由512条A-line组成，在每一个B扫描位置上还会重复扫描5次左右，用以提取血流动态信息或获得图像优化效果，每一次C扫描总共有512个B扫描位置，由此可获得样品丰富的三维结构和功能信息数据。
根据OCT设备获取所测样品时，所显示的A-Line幅值信号选取阈值，根据阈值来判断每一条A-line(即B帧图像中的每一列像素)中样品的初始线，选取A-line沿深度方向第一个大于阈值的(可适当往前移若干位)像素点作为样品在该A-line方向的初始点，对每一条A-line做如上操作，将获得的所有初始点依次连接组成初始线。
根据A-line信号选取阈值：在采集所测样品时，可以得到其A-line的幅值信息，根据信号幅值，可以观察得到噪声的平均幅值大概所处的位置，然后根据其位置，选取所述位置的强度值(例如100)或像素灰度值的均值作为阈值来判断样品在A-line方向的初始点。
以上操作作用于B帧图像中的每一条A-line信号，最终得到B帧图像的样品初始线。
优选地，向下截取2.5mm得到压缩的B帧图像样品信息，并保存每个B帧图像中样品深度方向的初始线信息的方法为：依次对每一张B帧图像信息进行以上步骤，得到每一张B帧图像的样品初始线。每一张B帧图像的初始线作为基线，由基线向下选取2.5mm(即333像素，1mm≈133.33像素)的长度，并将多余的部分进行截掉操作，得到一个大小为333像素*512像素的样品信息数据以及样品在每个B帧图像中深度方向的初始线。
优选地，将截取的B帧图像信息数据叠加，得到截取的样品三维信息数据的方法为：将截取得到的每张333像素*512像素信息数据进行叠加，得到大小为333像素*512像素*512像素的样品的三维压缩数据，所得的每一幅B帧图像的样品初始线也进行叠加，得到样品在深度方向的初始线地形数据。
计算压缩率：
从三维体积数据中获取的每一个B帧图像的数据大小为2048像素*512像素，三维压缩数据中B帧图像得到大小为333像素*512像素的图像信息，其压缩率是截取的B帧图像信息数据加上样品初始线信息，再除以原来B帧图像的信息数据，得到压缩率约为16.3％，
在本实施例中，得到的数据压缩率约为16.3％，其方法显示了减少样本数据所占存储空间的优势。针对新一代扫频OCT可获得更长的轴向成像范围，本发明对应的压缩率会更大，效果更明显。
本发明的实施例提供的一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置，如图2所示为本发明的一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置结构图，该实施例的一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置实施例中的步骤。
所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：
三维数据成像单元，用于利用OCT设备对样品进行成像得到所测样品的三维信息数据；
B帧图像获取单元，用于获取三维信息数据中的各幅B帧图像；
三维数据截取单元，用于通过各幅B帧图像中的幅值信息定位样品在深度方向的初始线并向下截取长度为M的B帧图像的信息数据，并保存每个B帧图像中样品初始线的深度信息；
三维数据压缩单元，用于将截取的B帧图像的信息数据叠加得到三维压缩数据。
所述一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置可运行的装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置的示例，并不构成对一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置运行装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置可运行装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或单元，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或单元，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。
Claims (3)
1.一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S10，利用OCT设备对样品进行成像得到所测样品的三维信息数据；
S20，获取三维信息数据中的各幅B帧图像；
S30，通过各幅B帧图像中的幅值信息定位样品在深度方向的初始线并向下截取长度为M的B帧图像的信息数据，并保存每个B帧图像中样品初始线的深度信息；
S40，将截取的B帧图像的信息数据叠加得到三维压缩数据；
在S10中，利用OCT设备对样品进行成像得到所测样品的三维信息数据的方法为：在OCT设备中光源的光通过光纤耦合器分别进入参考臂和样品臂，参考臂返回的光和样品臂返回的光到光纤耦合器发生干涉，产生干涉信号；以OCT的一次轴向信息的采集，经过变换可构成一条A-line，当X振镜扫描时，会得到样品的截面信息，即B帧图像，称该扫描为B扫描，在此基础上当Y振镜扫描时，可获取样品的包括幅值和相位信息的三维信息数据，称该扫描为C扫描；
在S10中，所述三维信息数据由若干个B帧图像叠加得到，包含样品的幅值信息和相位信息，B帧图像由多个A-line组成，A-line为B帧图像中的每一列像素；
在S30中，通过各幅B帧图像中的幅值信息定位样品在深度方向的初始线并向下截取长度为M的B帧图像的信息数据，并保存每个B帧图像中样品初始线的深度信息的方法包括以下步骤：
S31，根据A-Line幅值信号选取阈值：在OCT设备采集所测样品的三维信息数据时，根据采集到的B帧图像中A-line的幅值信息中的信号幅值，选取得到B帧图像噪声的平均信号幅值所处的位置，然后以所述位置的强度值的均值或像素灰度值的均值作为阈值；
S32，在OCT设备获取所测样品的的三维信息数据时，根据A-Line幅值信号选取阈值并根据阈值来判断每一条A-line中样品的初始线，A-line为B帧图像中的每一列像素，选取A-line沿深度方向第一个大于阈值的像素点作为样品在该A-line方向的初始点，对每一条A-line做如上操作，将获得的所有初始点依次连接组成初始线；
S33，其中所述向下截取长度为M的的B帧图像的信息数据从而得到压缩的B帧图像样品信息，并保存每个B帧图像中样品深度方向的初始线信息，M取值范围为样品三维图像的表面到样品三维图像的质心的深度；
S34，依次对每一张B帧图像进行步骤S31到S33，直到全部执行完所有B帧图像，最终所有B帧图像的截取的B帧图像的信息数据并且得到每个B帧图像中深度方向的初始线。
2.根据权利要求1所述的一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩方法，其特征在于，在S40中，将截取的B帧图像的信息数据叠加得到三维压缩数据的方法为：将各个截取的B帧图像的信息数据中每张截取的B帧图像数据进行叠加，得到样品三维信息数据，将每一幅B帧图像的初始线进行叠加得到样品整体的在深度方向的整体初始线数据，最终得到三维压缩数据。
3.一种用于光学相干层析成像三维数据的压缩装置，其特征在于，所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：
三维数据成像单元，用于利用OCT设备对样品进行成像得到所测样品的三维信息数据；
B帧图像获取单元，用于获取三维信息数据中的各幅B帧图像；
三维数据截取单元，用于通过各幅B帧图像中的幅值信息定位样品在深度方向的初始线并向下截取长度为M的B帧图像的信息数据，并保存每个B帧图像中样品初始线的深度信息；
三维数据压缩单元，用于将截取的B帧图像的信息数据叠加得到三维压缩数据；
利用OCT设备对样品进行成像得到所测样品的三维信息数据的方法为：在OCT设备中光源的光通过光纤耦合器分别进入参考臂和样品臂，参考臂返回的光和样品臂返回的光到光纤耦合器发生干涉，产生干涉信号；以OCT的一次轴向信息的采集，经过变换可构成一条A-line，当X振镜扫描时，会得到样品的截面信息，即B帧图像，称该扫描为B扫描，在此基础上当Y振镜扫描时，可获取样品的包括幅值和相位信息的三维信息数据，称该扫描为C扫描；
所述三维信息数据由若干个B帧图像叠加得到，包含样品的幅值信息和相位信息，B帧图像由多个A-line组成，A-line为B帧图像中的每一列像素；
通过各幅B帧图像中的幅值信息定位样品在深度方向的初始线并向下截取长度为M的B帧图像的信息数据，并保存每个B帧图像中样品初始线的深度信息的方法包括以下步骤：
S31，根据A-Line幅值信号选取阈值：在OCT设备采集所测样品的三维信息数据时，根据采集到的B帧图像中A-line的幅值信息中的信号幅值，选取得到B帧图像噪声的平均信号幅值所处的位置，然后以所述位置的强度值的均值或像素灰度值的均值作为阈值；
S32，在OCT设备获取所测样品的的三维信息数据时，根据A-Line幅值信号选取阈值并根据阈值来判断每一条A-line中样品的初始线，A-line为B帧图像中的每一列像素，选取A-line沿深度方向第一个大于阈值的像素点作为样品在该A-line方向的初始点，对每一条A-line做如上操作，将获得的所有初始点依次连接组成初始线；
S33，其中所述向下截取长度为M的的B帧图像的信息数据从而得到压缩的B帧图像样品信息，并保存每个B帧图像中样品深度方向的初始线信息，M取值范围为样品三维图像的表面到样品三维图像的质心的深度；
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