[發明專利]一種光學相干層析成像系統中相位解纏的方法

有效

• 申請號: 201611143415.X
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106846426B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 黃勇;夏紹燕;譚小地
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T5/50;G06T5/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;李愛英

本發明提供一種光學相干層析成像系統中相位解纏的方法。由于纏繞相位梯度圖與真實相位梯度圖的差別在于相位跳躍邊界的梯度值不一樣，將纏繞相位梯度圖進行再次纏繞，可得到與真實相位梯度圖等價的恢復相位梯度圖。同時，本發明假設真實相位梯度圖與恢復相位梯度圖之間的誤差具有不確定性，可以取任意數值，沒有約束條件，很好的解決光學相干成像系統中相位纏繞問題，且具有很強的抗噪聲能力。

技術領域

本發明屬于光電成像技術領域，尤其涉及一種光學相干層析成像系統中相位解纏的方法。

背景技術

精確的相位信息提供的有價值的信息可用于在物體探測和成像方面。到目前為止，相位圖像被廣泛用在干涉孔徑雷達，核磁共振成像，條紋投影輪廓術，數字全息，顯微成像以及光學相干層析等領域。光學相干層析因為分辨率高，可實時三維成像而被廣泛應用在生物醫學成像中。然而，對于各種血管成像的流體研究，相位圖由于測量長度超過一個波長而出現纏繞現象，因此解決相位的不連續性是必要的問題。

為了解決相位纏繞問題，人們在過去已經提出各種方法，這些方法大致可分為：路徑跟蹤法，最小范數法，網絡流法，多波長法以及其他方法。就光學相干層析成像系統中，目前只有一個方法被報道，該方法屬于第四種方法，具體來說就是通過合成一個較長的波長來避免這種纏繞現象出現，但是該方法的應用對象是細胞表面成像，所處理的數據僅僅是在x-y平面的信息，沒有包含所有深度z方向的信息，故而該方法的通行性較差。

為了重新解決這個問題，我們在由學者Costantini提出網絡法的基礎上提出了一種魯棒性較好的相位解纏方法。Costantini提出的網絡流法假設真實相位的梯度圖像與經過纏繞算子作用在纏繞相位的梯度后的圖像之間的誤差值是2π的整數倍(這里的梯度圖像是指經過x和y方向求導后的圖像)，然而對于實際系統的相位圖，帶有噪聲的像素點已經偏離原有的數值，所以帶有整數倍的約束關系是不適用于實驗中的相位圖。因此，基于該假設的不合理性，本文提出了一種適用范圍更廣的網絡流法。

發明內容

為解決相位圖像的不連續問題，本發明提供一種光學相干層析成像系統中相位解纏的方法。由于纏繞相位梯度圖與真實相位梯度圖的差別在于相位跳躍邊界的梯度值不一樣，將纏繞相位梯度圖進行再次纏繞，可得到與真實相位梯度圖等價的恢復相位梯度圖。

一種光學相干層析成像系統中相位解纏的方法，其基本步驟包括：

步驟一：對輸入的纏繞相位圖在圖像平面坐標系下的x與y方向分別進行求導，得到纏繞相位圖x和y方向的纏繞相位梯度圖；

步驟二：纏繞相位梯度圖經纏繞算子解纏作用后得到恢復相位梯度圖，則真實相位梯度圖與恢復相位梯度圖各個像素點之間的誤差表示如下：

其中，(i,j)代表像素點的位置，e₁(i,j)、e₂(i,j)分別為恢復相位梯度圖與真實相位梯度圖在x和y方向的各個像素點誤差；Δφ₁(i,j)、Δφ₂(i,j)分別為x 和y方向的真實相位梯度圖各個像素點梯度值；分別為x 和y方向的纏繞相位梯度圖各個像素點梯度值；W為纏繞算子，也即對纏繞相位梯度圖進行2π取模操作；

步驟三：將恢復相位梯度圖與真實相位梯度圖的相鄰四個像素點的誤差表示為：

e₁(i,j+1)-e₁(i,j)-e₂(i+1,j)+e₂(i,j)＝R(i,j) (2)

其中右邊R(i,j)為：

步驟四：以方程(2)為約束條件，通過求解方程(3)的最小值，計算誤差e₁(i,j)與e₂(i,j)的值；