CN116869483A - 一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法、装置和介质 - Google Patents
一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法、装置和介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法、装置和介质，方法包括以下步骤：S1、测量指定穿透深度下的光纤输入输出映射关系；S2、在相同的指定穿透深度下设置有生物样品时遍历有效像素；S3、遍历每个有效像素时，调节每个像素的相位常数的遍历范围，得到每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数；S4、进行数据整合，得到一组与每个像素对应的自适应散射矩阵；S5、调用自适应散射矩阵作为相位参数，进行逐个像素的扫描，得到像素对应的光强，将光强组合为一帧灰度图像。与现有技术相比，本发明具有清晰地进行深层组织成像，有效地提高成像质量等优点。
Description
技术领域
本发明涉及显微内窥技术领域，尤其是涉及一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法。
背景技术
显微成像技术是生物医学研究的重要支撑技术，其中的荧光显微成像技术由于其可以对样品内部物质及结构进行荧光标记，已经成为了生物医学研究领域不可或缺的研究工具。相较于传统的显微成像系统，荧光显微成像由于可以利用样品自身发出的荧光来进行成像，因此可以捕捉样品更精细的特定组织结构；不仅如此，荧光标记物由于只在特定的组织结构上发出荧光，使其可以选择性地显示部分结构的特征，降低图像的背景干扰，有助于提高显微图像的对比度。
荧光显微技术相较于传统显微成像技术的独特优势使其被迅速应用于活体生物组织成像中，通过现代有机化学技术发展出来的多种新型荧光染料使得荧光显微技术可以被广泛应用于癌细胞早期检测，细胞动力学，多层神经元钙离子成像，基因编辑等诸多新兴生物医学领域，为各种病理学的研究带来新的突破。
另一方面，内窥镜技术经过两百多年的发展，已从最早的硬管式内窥镜，发展到现在的电子内窥镜，成像质量有着巨大的提升，电子内窥镜一般采用外部冷光源，通过导光光纤将照明光射入体腔内部，再由内窥镜镜体前端的图像传感器采集体腔内部的图像。由于现代电子内窥镜普遍采用CCD进行成像，图像具有很高的分辨率，可以观察到体腔表面的细微病变形态。但由于电子内窥镜仅能采集到待测组织表面的图像，难以识别出距离腔体表面一定深度下的图像，由于随着成像深度的逐渐增加，待测样品的散射作用对荧光显微成像的影响也变得越来越明显，当成像深度达到数百微米时，生物组织会对穿透的照明光产生强烈的散射，使照明光原本平整的相位波前发生畸变，导致图像质量严重下降；对于活体组织而言，由于活体组织内部的生物环境还会发生缓慢变化，这也将导致活体组织的散射特性的缓慢变化，进一步增加了观测深穿透样品时的图像畸变。
综上所述，现有的显微内窥成像方法由于散射作用，在观测深穿透样品时图像的畸变较为严重，影响了图像的成像质量。
发明内容
本发明的目的就是为了减少散射作用和畸变，提高离腔体表面一定深度下的内窥镜成像质量而提供的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法、装置和介质。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，方法包括以下步骤：
S1、测量指定穿透深度下的光纤输入输出映射关系，所述指定穿透深度与光纤输出的光的焦距相同；
S2、在相同的指定穿透深度下设置有生物样品时遍历有效像素；
S3、遍历每个有效像素时，调节每个像素的相位常数的遍历范围，遍历完成后，得到每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数；
S4、将光纤输入输出映射关系和每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数进行数据整合，得到一组与每个像素对应的自适应散射矩阵；
S5、进行逐个像素的扫描，调用像素对应的自适应散射矩阵的数据作为相位参数，得到像素对应的光强，将光强组合为一帧灰度图像，所述灰度图像为显微内窥图像。
进一步地，数据整合的具体步骤为：
将映射关系中每个像素对应的图像转换为以灰度值为元素的矩阵，并将该矩阵以列优先的方式重排为一维的列向量，将所有像素对应的列向量按照顺序组合为一个矩阵，该矩阵的每一列数据为对应像素的列向量，然后遍历S3的每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数，将第i个相位常数与矩阵的第i行进行数乘，获得一个长宽均为图像长宽之积的矩阵，该矩阵为自适应散射矩阵。
进一步地，自适应散射矩阵为：
TMscan＝TM*Pupil
其中，TM为所有像素对应的列向量按照顺序组合的矩阵，Pupil为光强值最大时对应的像素的相位常数，TMscan为自适应散射矩阵。
进一步地，S5中，扫描第i个像素时，采用自适应散射矩阵的第i列数据作为相位参数。
进一步地，S1的光纤输入输出映射关系通过遍历每个有效像素后拍摄的图像集合确定。
进一步地，指定穿透深度下的光纤输入输出映射关系为：
其中，表示拍摄的图像对应的光场，向量长度为M,/>表示调制傅里叶基矢的输入光场，向量长度为N，TM×N表示测量得到的映射关系，矩阵大小为，调制傅里叶基矢的输入光场为：
Ein(x,y)＝eπjΦ(x,y)
其中，Φ(x,y)表示对空间上不同点位置hn,m)的傅里叶变换。
进一步地，相位常数的遍历范围为0～2π。
进一步地，光强值最大时对应的像素的相位常数为：
Pupil＝Pij
其中，Pij表示第i行第j个像素对应的光强值最大时的相位常数，i,j＝1,2,…,K.K表示孔径个数。
本发明的另一方面，提出一种自适应散射的深穿透显微内窥成像装置，装置分为光纤标定状态和实时成像状态，装置包括激光器、空间光调制器、二向色镜、光纤物镜、相机物镜、光纤、光电探测器、相机、生物样品和控制器；
光纤标定状态下，激光器射出的光线经过空间光调制器，空间光调制器将光线反射至二向色镜，然后经过二向色镜反射后通过光纤物镜射入光纤中，经由相机物镜射出，并射入相机中，控制主机与空间光调制器、光电探测器和相机连接；
实时成像状态下，光纤标定状态时的相机物镜和相机被替换为设置于光纤端面的生物样品，控制主机与空间光调制器和光电探测器连接，其他元件和关系与光纤标定状态时相同；
控制主机被配置为执行以下步骤：
S1、测量指定穿透深度下的光纤输入输出映射关系，所述指定穿透深度与光纤输出的光的焦距相同；
S2、在相同的指定穿透深度下设置有生物样品时遍历有效像素；
S3、遍历每个有效像素时，调节每个像素的相位常数的遍历范围，遍历完成后，得到每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数；
S4、将光纤输入输出映射关系和每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数进行数据整合，得到一组与每个像素对应的自适应散射矩阵；
S5、进行逐个像素的扫描，调用像素对应的自适应散射矩阵的数据作为相位参数，得到像素对应的光强，将光强组合为一帧灰度图像，所述灰度图像为显微内窥图像；
其中，S1在光纤标定状态下执行，S2～S5在实时成像状态下执行，S1执行完成后执行S2前，调节装置的光路为实时成像状态。
进一步地，光纤输出的光的焦距为光纤和相机物镜之间的焦距。
进一步地，数据整合的具体步骤为：
将映射关系中每个像素对应的图像转换为以灰度值为元素的矩阵，并将该矩阵以列优先的方式重排为一维的列向量，将所有像素对应的列向量按照顺序组合为一个矩阵，该矩阵的每一列数据为对应像素的列向量，然后遍历S3的每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数，将第i个相位常数与矩阵的第i行进行数乘，获得一个长宽均为图像长宽之积的矩阵，该矩阵为自适应散射矩阵。
进一步地，自适应散射矩阵为：
TMscan＝TM*Pupil
其中，TM为所有像素对应的列向量按照顺序组合的矩阵，Pupil为光强值最大时对应的像素的相位常数，TMscan为自适应散射矩阵。
进一步地，S5中，扫描第i个像素时，采用自适应散射矩阵的第i列数据作为相位参数。
进一步地，S1的光纤输入输出映射关系通过遍历每个有效像素后拍摄的图像集合确定。
进一步地，指定穿透深度下的光纤输入输出映射关系为：
其中，表示拍摄的图像对应的光场，向量长度为M,/>表示调制傅里叶基矢的输入光场，向量长度为N，TM×N表示测量得到的映射关系，矩阵大小为，调制傅里叶基矢的输入光场为：
Ein(x,y)＝eπjΦ(x,y)
其中，Φ(x,y)表示对空间上不同点位置hn,m)的傅里叶变换。
进一步地，相位常数的遍历范围为0～2π。
进一步地，光强值最大时对应的像素的相位常数为：
Pupil＝Pij
其中，Pij表示第i行第j个像素对应的光强值最大时的相位常数，i,j＝1,2,…,K.K表示孔径个数。
进一步地，光强值基于光电探测器检测。
本发明的另一方面，提出一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现上述的方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在实时成像时，光线经过数字微镜器件采用的自适应散射矩阵的调制使从光纤射出的光线在经过深层组织的散射后汇聚为一点，对于指定的深度可以输出各个像素的光强最大的图像。自适应散射矩阵通过遍历每个像素的相位常数获得，通过采用自适应矩阵进行调制，输出光强最大的图像，消除了散射的影响，进而清晰地进行深层组织成像，有效地提高了成像质量。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为傅里叶基矢图；
图3为本发明光纤标定状态下的光路示意图；
图4为本发明实时成像状态下的光路示意图；
图5为本发明得到的内窥成像示意图，其中，图5(a)为5um荧光球的成像结果，图5(b)为雌蛔虫卵的切片成像结果，图5(c)为粥状动脉硬化的切片成像结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本发明提出一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，方法的流程图如图1所示。本发明实时成像时，光源发出的光线经过数字微镜器件的调制，使从光纤射出的光线在经过深层组织的散射后汇聚为一点，使可以清晰地进行深层组织成像。从待测样品表面反射的光线经二向色镜反射后射入光电探测器中，得到去除图像散射的单像素光强值，并通过二维扫描获得完整图像。本发明所提供的方法可实现在去除图像色散的前提下，对待测样品深层组织的显微成像。
本发明的方法包括以下步骤：
S1、测测量指定穿透深度下的光纤输入输出映射关系，指定穿透深度与光纤输出的光的焦距相同；
S2、在相同的指定穿透深度下设置有生物样品时遍历有效像素；
S3、遍历每个有效像素，并调节每个像素的相位常数的遍历范围，遍历完成后，得到每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数；
S4、将光纤输入输出映射关系和每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数进行数据整合，得到一组与每个像素对应的自适应散射矩阵；
S5、进行逐个像素的扫描，调用像素对应的自适应散射矩阵的数据作为相位参数，得到像素对应的光强，将光强组合为一帧灰度图像，所述灰度图像为显微内窥图像。
S1中，光纤输入输出映射关系是由遍历每个有效像素后拍摄的图像集合确定的。人为设置输入的光强，然后遍历每个有效像素，获取每个有效像素对应的输入光强和输出光强，分析得到光纤输入输出映射关系。
指定穿透深度下的光纤输入输出映射关系基于一个具有傅里叶基矢的矩阵来测量，傅里叶基矢如图2所示。光纤输入输出映射关系为：
其中，表示拍摄的图像对应的光场，向量长度为M,/>表示调制傅里叶基矢的输入光场，向量长度为N，TM×N表示测量得到的映射关系，矩阵大小为(M，N)，调制傅里叶基矢的输入光场为：
Ein(x,y)＝eπjΦ(x,y)
其中，Φ(x,y)表示对空间上不同点位置hn,m)的傅里叶变换。
kx和ky为频域空间的两个基。
S3中，相位常数的遍历范围为0～2π。光强值最大时对应的像素的相位常数为：
Pupil＝Pij
其中，Pij表示第i行第j个像素对应的光强值最大时的相位常数，i,j＝1,2,…,K.K表示孔径个数。
S4中，数据整合的具体步骤为：
将映射关系中每个像素对应的图像转换为以灰度值为元素的矩阵，并将该矩阵以列优先的方式重排为一维的列向量，将所有像素对应的列向量按照顺序组合为一个矩阵，该矩阵的每一列数据为对应像素的列向量，然后遍历S3的每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数，将第i个相位常数与矩阵的第i行进行数乘，获得一个长宽均为图像长宽之积的矩阵，该矩阵为自适应散射矩阵。其中，映射关系中每个像素对应的图像即S1中遍历每个像素时拍摄的图像，也就是输出光强对应的图像。
自适应散射矩阵为：
TMscan＝TM*Pupil
其中，TM为所有像素对应的列向量按照顺序组合的矩阵，Pupil为光强值最大时对应的像素的相位常数，TMscan为自适应散射矩阵。
S5中，扫描第i个像素时，采用自适应散射矩阵的第i列数据作为相位参数。S5的灰度图如图5所示，图5表示不同深度和例子的灰度图像，图5(a)为5um荧光球的成像结果，图5(b)为雌蛔虫卵的切片成像结果，图5(c)为粥状动脉硬化的切片成像结果。
上述的有效像素是指光解调器的有效像素。
本发明的自适应散射矩阵通过遍历每个像素的相位常数获得，通过采用自适应矩阵进行调制，输出光强最大的图像，消除了散射的影响，进而清晰地进行深层组织成像，有效地提高了成像质量。
实施例2：
基于实施例1的方法，本发明还提出一种自适应散射的深穿透显微内窥成像装置，装置分为光纤标定状态和实时成像状态，装置包括激光器1、空间光调制器2、二向色镜3、光纤物镜4、相机物镜8、光纤5、光电探测器6、相机9、生物样品10和控制器7。
光纤标定状态下，激光器1射出的光线经过空间光调制器2，空间光调制器2将光线反射至二向色镜3，然后经过二向色镜3反射后通过光纤物镜4射入光纤5中，经由相机物镜8射出，并射入相机9中，控制主机7与空间光调制器2、光电探测器6和相机9连接。光纤标定状态下的装置如图3所示。
实时成像状态下，光纤标定状态时的相机物镜8和相机9被替换为设置于光纤5端面的生物样品10，控制主机7与空间光调制器2和光电探测器6连接，其他元件和关系与光纤标定状态时相同。实时成像状态下的装置如图4所示。
控制主机7被配置为执行以下步骤：
S1、测量指定穿透深度下的光纤输入输出映射关系，指定穿透深度与光纤输出的光的焦距相同；
S2、在相同的指定穿透深度下设置有生物样品时遍历有效像素；
S3、遍历每个有效像素，并调节每个像素的相位常数的遍历范围，遍历完成后，得到每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数；
S4、将光纤输入输出映射关系和每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数进行数据整合，得到一组与每个像素对应的自适应散射矩阵；
S5、进行逐个像素的扫描，调用像素对应的自适应散射矩阵的数据作为相位参数，得到像素对应的光强，将光强组合为一帧灰度图像，所述灰度图像为显微内窥图像。
其中，S1在光纤标定状态下执行，S2～S5在实时成像状态下执行，S1执行完成后执行S2前，调节装置的光路为实时成像状态。
执行S1时，在光纤标定状态下，需要调节光纤5与相机物镜8之间的焦距，使光纤输出光的焦距与当前指定穿透深度一致。控制主机7控制空间光调制器2遍历有效像素，保存每个有效像素对应的相机9拍摄的图像，并打包存储在控制主机7中，此图像集即为系统在指定穿透深度下的光纤5输入输出映射关系数据，也就是与每个像素对应的输出光强。根据每个有效像素对应的输入光强和输出光强，分析得到和实施例1相同的光纤输入输出映射关系。
S1执行完成后执行S2前，调节装置的光路为实时成像状态，此时，移除相机9及相机物镜8，并将待观测的已经过荧光染色的生物样品10放置在光纤5的端面，此时光纤5对生物样品10的成像深度即为S1中设定的深度。
执行S3时，控制主机7控制空间光调制器2遍历有效像素，并调节每个像素的相位常数在0～2π范围内遍历，使在当前像素下，光电探测器6采集到的光强值为最大值，并记录光强值最大时对应的相位常数并发送给控制主机7，进而得到每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数。
执行S4时，将映射关系中每个像素对应的图像转换为以灰度值为元素的矩阵，并将该矩阵以列优先的方式重排为一维的列向量，将所有像素对应的列向量按照顺序组合为一个矩阵，该矩阵的每一列数据为对应像素的列向量，然后遍历S3的每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数，将第i个相位常数与矩阵的第i行进行数乘，获得一个长宽均为图像长宽之积的矩阵，该矩阵为自适应散射矩阵。其中，映射关系中每个像素对应的图像即S1中遍历每个像素时拍摄的图像，也就是输出光强对应的图像。
执行S5时，控制主机7控制空间光调制器2进行逐像素的二维扫描，扫描至第i个像素时，控制主机7将自适应散射矩阵的第i列数据导入空间光调制器2，空间光调制器2对光束进行波前整形，使经过调制的光束经二向色镜3，物镜4，光纤5照射至生物样品10，反射之后经光纤5，物镜4，二向色镜3照射至光电探测器6，光电探测器6将测得的光强发送给控制主机7。控制主机7将光强组合为一帧灰度图像，灰度图像即为显微内窥图像。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备系统、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
实施例3：
本发明还提出一种存储介质，其上存储有程序，程序被执行时实现如实施例1的方法。
计算机存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (19)
1.一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
S1、测量指定穿透深度下的光纤输入输出映射关系，所述指定穿透深度与光纤输出的光的焦距相同；
S2、在相同的指定穿透深度下设置有生物样品时遍历有效像素；
S3、遍历每个有效像素时，调节每个像素的相位常数的遍历范围，遍历完成后，得到每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数；
S4、将光纤输入输出映射关系和每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数进行数据整合，得到一组与每个像素对应的自适应散射矩阵；
S5、进行逐个像素的扫描，调用像素对应的自适应散射矩阵的数据作为相位参数，得到像素对应的光强，将光强组合为一帧灰度图像，所述灰度图像为显微内窥图像。
2.根据权利要求1所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，数据整合的具体步骤为：
将映射关系中每个像素对应的图像转换为以灰度值为元素的矩阵，并将该矩阵以列优先的方式重排为一维的列向量，将所有像素对应的列向量按照顺序组合为一个矩阵，该矩阵的每一列数据为对应像素的列向量，然后遍历S3的每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数，将第i个相位常数与矩阵的第i行进行数乘，获得一个长宽均为图像长宽之积的矩阵，该矩阵为自适应散射矩阵。
3.根据权利要求2所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，自适应散射矩阵为：
TMscan＝TM*Pupil
其中，TM为所有像素对应的列向量按照顺序组合的矩阵，Pupil为光强值最大时对应的像素的相位常数，TMscan为自适应散射矩阵。
4.根据权利要求3所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，S5中，扫描第i个像素时，采用自适应散射矩阵的第i列数据作为相位参数。
5.根据权利要求1所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，S1的光纤输入输出映射关系通过遍历每个有效像素后拍摄的图像集合确定。
6.根据权利要求5所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，指定穿透深度下的光纤输入输出映射关系为：
其中，表示拍摄的图像对应的光场，向量长度为M,/>表示调制傅里叶基矢的输入光场，向量长度为N，TM×N表示测量得到的映射关系，矩阵大小为(M，N)，调制傅里叶基矢的输入光场为：
Ein(x，y)＝eπjΦ(x，y)
其中，Φ(x,y)表示对空间上不同点位置hn,m)的傅里叶变换。
7.根据权利要求1所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，相位常数的遍历范围为0～2π。
8.根据权利要求1所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，光强值最大时对应的像素的相位常数为：
Pupil＝Pij
其中，Pij表示第i行第j个像素对应的光强值最大时的相位常数，i,j＝1,2,…,K.K表示孔径个数。
9.一种自适应散射的深穿透显微内窥成像装置，其特征在于，装置分为光纤标定状态和实时成像状态，装置包括激光器(1)、空间光调制器(2)、二向色镜(3)、光纤物镜(4)、相机物镜(8)、光纤(5)、光电探测器(6)、相机(9)、生物样品(10)和控制器(7)；
光纤标定状态下，激光器(1)射出的光线经过空间光调制器(2)，空间光调制器(2)将光线反射至二向色镜(3)，然后经过二向色镜(3)反射后通过光纤物镜(4)射入光纤(5)中，经由相机物镜(8)射出，并射入相机(9)中，控制主机(7)与空间光调制器(2)、光电探测器(6)和相机(9)连接；
实时成像状态下，光纤标定状态时的相机物镜(8)和相机(9)被替换为设置于光纤(5)端面的生物样品(10)，控制主机(7)与空间光调制器(2)和光电探测器(6)连接，其他元件和关系与光纤标定状态时相同；
控制主机(7)被配置为执行以下步骤：
S1、测量指定穿透深度下的光纤输入输出映射关系，所述指定穿透深度与光纤输出的光的焦距相同；
S2、在相同的指定穿透深度下设置有生物样品时遍历有效像素；
S3、遍历每个有效像素时，调节每个像素的相位常数的遍历范围，遍历完成后，得到每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数；
S4、将光纤输入输出映射关系和每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数进行数据整合，得到一组与每个像素对应的自适应散射矩阵；
S5、进行逐个像素的扫描，调用像素对应的自适应散射矩阵的数据作为相位参数，得到像素对应的光强，将光强组合为一帧灰度图像，所述灰度图像为显微内窥图像；
其中，S1在光纤标定状态下执行，S2～S5在实时成像状态下执行，S1执行完成后执行S2前，调节装置的光路为实时成像状态。
10.根据权利要求9所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，光纤输出的光的焦距为光纤(5)和相机物镜(8)之间的焦距。
11.根据权利要求9所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，数据整合的具体步骤为：
将映射关系中每个像素对应的图像转换为以灰度值为元素的矩阵，并将该矩阵以列优先的方式重排为一维的列向量，将所有像素对应的列向量按照顺序组合为一个矩阵，该矩阵的每一列数据为对应像素的列向量，然后遍历S3的每个像素对应的使得光强为最大值的相位常数，将第i个相位常数与矩阵的第i行进行数乘，获得一个长宽均为图像长宽之积的矩阵，该矩阵为自适应散射矩阵。
12.根据权利要求11所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，自适应散射矩阵为：
TMscan＝TM*Pupil
其中，TM为所有像素对应的列向量按照顺序组合的矩阵，Pupil为光强值最大时对应的像素的相位常数，TMscan为自适应散射矩阵。
13.根据权利要求12所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，S5中，扫描第i个像素时，采用自适应散射矩阵的第i列数据作为相位参数。
14.根据权利要求9所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，S1的光纤输入输出映射关系通过遍历每个有效像素后拍摄的图像集合确定。
15.根据权利要求14所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，指定穿透深度下的光纤输入输出映射关系为：
其中，表示拍摄的图像对应的光场，向量长度为M,/>表示调制傅里叶基矢的输入光场，向量长度为N，TM×N表示测量得到的映射关系，矩阵大小为(M，N)，调制傅里叶基矢的输入光场为：
Ein(x,y)＝eπjΦ(x,y)
其中，Φ(x,y)表示对空间上不同点位置h(n,m)的傅里叶变换。
16.根据权利要求9所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，相位常数的遍历范围为0～2π。
17.根据权利要求9所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，光强值最大时对应的像素的相位常数为：
Pupil＝Pij
其中，Pij表示第i行第j个像素对应的光强值最大时的相位常数，i,j＝1,2,…,K.K表示孔径个数。
18.根据权利要求9所述的一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法，其特征在于，光强值基于光电探测器(6)检测。
19.一种存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被执行时实现如权利要求1-8中任一所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310864708.0A CN116869483A (zh) | 2023-07-13 | 2023-07-13 | 一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法、装置和介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310864708.0A CN116869483A (zh) | 2023-07-13 | 2023-07-13 | 一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法、装置和介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116869483A true CN116869483A (zh) | 2023-10-13 |
Family
ID=88271122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310864708.0A Pending CN116869483A (zh) | 2023-07-13 | 2023-07-13 | 一种自适应散射的深穿透显微内窥成像方法、装置和介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116869483A (zh) |
-
2023
- 2023-07-13 CN CN202310864708.0A patent/CN116869483A/zh active Pending
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