[發(fā)明專利]微納米尺度下光學圖像的無損清晰重構(gòu)方法

有效

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• 申請日: 2018-02-10
• 公開（公告）號: CN108364274B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設計）人: 魏陽杰;劉永俊;王義
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50;G06T5/00;G06T7/00
• 代理公司: 21109 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉曉嵐

本發(fā)明提供一種微納米尺度下光學圖像的無損清晰重構(gòu)方法，涉及數(shù)字圖像處理技術(shù)領域。該方法首先通過改變攝像機與物體之間的距離獲得兩幅圖像分別作為源圖像和目標圖像，然后再計算源圖像和目標圖像所對應的清晰圖像到目標圖像的光學能量傳播時間，進而得到清晰圖像，最后再分別計算目標圖像和清晰圖像的平均梯度和圖像熵，來測量重構(gòu)的清晰圖像的清晰程度。本發(fā)明提供的微納米尺度下光學圖像的無損清晰重構(gòu)方法，運用光學能量傳播方程動態(tài)無損地重構(gòu)清晰圖像，避免了傳統(tǒng)利用求解反卷積方法重構(gòu)清晰圖像時復雜的計算過程，實現(xiàn)了在微納米視覺下對目標特征的精確觀測，為微納米視覺中圖像恢復的研究提供了理論研究基礎。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理技術(shù)領域，尤其涉及一種微納米尺度下光學圖像的無損清晰重構(gòu)方法。

背景技術(shù)

光學觀測具有實時、對樣本無損、對環(huán)境適應強性等優(yōu)勢，因此，廣泛地應用在微電子、半導體、新材料、生物醫(yī)藥、精密制造等領域。但是，微納米尺度視覺中，高倍光學顯微鏡的景深非常短，很容易出現(xiàn)成像模糊的情況。而待觀測圖像的模糊很大程度影響了在微納米視覺下對目標特征的準確提取，因此，研究微納米尺度下的模糊光學圖像的無損、清晰化恢復方法，對于促進微納米觀測技術(shù)和相關領域科技的發(fā)展具有非常重要的意義。

圖像去模糊是圖像處理以及計算機視覺等領域的一個重要研究內(nèi)容。目前進行圖像清晰化恢復所采用的主要方法為非盲目去模糊，也稱為非盲目反卷積。常用的非盲目反卷積算法包括：維納濾波反卷積算法、Lucy-Richardson反卷積算法、最小二乘反卷積算法等。這些恢復方法的基本原理是：在已知具體模糊成因的情況下，通過估計得到景物模糊的統(tǒng)一點擴散函數(shù)，再對模糊圖像去模糊處理的過程。但是，實際應用中非盲目反卷積受模糊以及噪聲影響，存在信息丟失的問題，即這些清晰化方法是有損的，很難在高精度觀測中使用。因此，如何針對微納米尺度下光學圖像模糊過程進行測度，并建模分析就成為微納米尺度下光學圖像無損清晰重構(gòu)的關鍵。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種微納米尺度下光學圖像的無損清晰重構(gòu)方法，來提高微納米視覺下對目標特征觀測的精確度。

微納米尺度下光學圖像的無損清晰重構(gòu)方法，包括以下步驟：

步驟1：使用同一臺攝像機，在焦距、像距、數(shù)值孔徑固定時，采集第一幅圖像；在上述條件不變的情況下，再改變攝像機和物體之間的距離，距離變化的大小為Δs，采集第二幅目標圖像；

步驟2：以第一幅圖像為源圖像E₁(x，y)，其中，x，y分別代表成像平面的水平方向和垂直方向，第二幅圖像為目標圖像E₂(x，y)，第一幅圖像E₁(x，y)和第二幅圖像E₂(x，y)對應的清晰圖像為E₀(x，y)，計算從清晰圖像到目標圖像的光學能量傳播時間，具體方法為：

步驟2.1：建立各圖像中各像素的光學能量傳播方程組，如下式所示：

式中，t∈(0，∞)表示從E₀(x，y)開始的光學能量傳播時間，t₁表示從E₀(x，y)到E₁(x，y)的光學能量傳播時間，t₂表示從E₀(x，y)到E₂(x，y)的光學能量傳播時間，ε(x，y)表示像素點(x，y)的光學能量傳播系數(shù)，u(x，y，0)、u(x，y，t₁)和u(x，y，t₂)分別為清晰圖像E₀(x，y)、第一幅圖像E₁(x，y)和第二幅目標圖像E₂(x，y)所對應的重構(gòu)擬合圖像，代表梯度算子，·是微分算子；