[發(fā)明專利]基于圖像清晰評(píng)價(jià)優(yōu)化的計(jì)算像差自動(dòng)校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911229320.3
• 申請(qǐng)日: 2019-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111127338B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高志山;畢津慈;朱丹;袁群;馬劍秋;于顥彪;吳妍;王丹琦;胡喬偉;徐君宜;曹鑫;季文;黃旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00;G06N3/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于圖像清晰評(píng)價(jià)優(yōu)化的計(jì)算像差自動(dòng)校正方法，包括如下步驟：首先建立基于圖像清晰評(píng)價(jià)優(yōu)化的像差校正數(shù)學(xué)模型；接著建立基于圖像清晰評(píng)價(jià)優(yōu)化的相位濾波器數(shù)學(xué)模型；再利用計(jì)算像差BPSO算法求解像差校正系數(shù)值：BPSO算法包括反向傳播優(yōu)化和粒子群隨即優(yōu)化算法，利用像差校正系數(shù)求解校正像差后清晰圖像。本發(fā)明的基于圖像清晰評(píng)價(jià)優(yōu)化的計(jì)算像差自動(dòng)校正方法，其具有可以靈活選定評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算像差自動(dòng)校正，校正結(jié)果準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)成像領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于圖像清晰評(píng)價(jià)優(yōu)化的計(jì)算像差自動(dòng)校正方法。

背景技術(shù)

隨著科技進(jìn)步，生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)在生物科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)疾病診斷等方面起著重要作用，如超聲波成像技術(shù)、X-光成像技術(shù)、CT技術(shù)和核磁共振成像技術(shù)等。光學(xué)相干層析術(shù)(Optical Coherence Tomagraphy，OCT)是上世紀(jì)90年代提出的一種新型生物醫(yī)學(xué)影像成像技術(shù)，其具有對(duì)生物樣品無(wú)侵入式、高分辨率和快速成像等特點(diǎn)，此項(xiàng)技術(shù)一經(jīng)提出就受到人們的廣泛青睞。

然而當(dāng)成像系統(tǒng)有像差時(shí)，該系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)模糊不清：峰值下降，主瓣寬度增加，由此產(chǎn)生的模糊圖像降低了清晰度和對(duì)比度。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)恰當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)設(shè)計(jì)或復(fù)雜的透鏡組，可以實(shí)現(xiàn)像差的靜態(tài)校正，但這種方法無(wú)法靈活地校正所有成像深度的像差，也無(wú)法滿足對(duì)層析光學(xué)成像樣品特異性像差校正的適應(yīng)性。而傳統(tǒng)的基于硬件的自適應(yīng)光學(xué)方法(Hardware-based Adaptive Optics，HAO)通過(guò)使用波前傳感器或空間光調(diào)制器等器件對(duì)波前進(jìn)行物理傳感和修正，為校正這些像差提供了一種手段，但HAO方法一般具有復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)，需要昂貴的元件；還有部分國(guó)外學(xué)者們致力于研究不同的像差校正數(shù)學(xué)模型，其中主要包括基于子孔徑的數(shù)字自適應(yīng)光學(xué)(Digital Adaptive Optics,DAO)，其通過(guò)分區(qū)域?qū)Σㄇ斑M(jìn)行高精度的像差校正，但子孔徑拼接難度大，計(jì)算時(shí)間成本巨大，無(wú)法高效快速的處理圖像；而較為主流的干涉合成孔徑顯微鏡方法(Interferometric SyntheticAperture Microscopy，ISAM)采用在波數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行插值重采樣的方法校正離焦量，但I(xiàn)SAM無(wú)法消去其他像差，所以ISAM的應(yīng)用受到一定限制；基于FM(Forward Model，F(xiàn)M)的相位校正模型，將利用成像系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算得來(lái)的離焦相位校正因子乘到被測(cè)信號(hào)的二維傅里葉等式以校正離焦像差，但其需獲知成像系統(tǒng)具體參數(shù)，不適用于像差盲校正且無(wú)法消去其他像差；正在廣泛發(fā)展中的計(jì)算自適應(yīng)光學(xué)方法(Computational Adaptive Optics，CAO)，這種方法可以實(shí)現(xiàn)圖像像差自動(dòng)校正，且無(wú)需獲取成像系統(tǒng)具體參數(shù)，使用范圍廣，可以為基于硬件的自適應(yīng)光學(xué)提供一種替代方法，提供了數(shù)據(jù)后處理的靈活性，大大節(jié)省了時(shí)間成本以及硬件開(kāi)銷(xiāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于圖像清晰評(píng)價(jià)優(yōu)化的計(jì)算像差自動(dòng)校正方法，可以靈活選定評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算像差自動(dòng)校正，校正結(jié)果準(zhǔn)確度高。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于圖像清晰評(píng)價(jià)優(yōu)化的計(jì)算像差自動(dòng)校正方法，方法步驟如下：

步驟1、建立基于圖像清晰評(píng)價(jià)優(yōu)化的像差校正數(shù)學(xué)模型：

選定待校正像差的待校正像差圖像g(x,y)，對(duì)其的像差校正處理建模為對(duì)待校正像差圖像g(x,y)的傅里葉域的相位濾波處理，即

h(x,y)＝ifft(G(u,v)e^-jφ(u,v)) (1)

其中，ifft為傅里葉逆變換，G(u,v)為傅里葉域的待校正像差圖像，h(x,y)為校正后清晰圖像，φ(u,v)為相位濾波器；j為虛部；

步驟2、建立基于圖像清晰評(píng)價(jià)優(yōu)化的相位濾波器數(shù)學(xué)模型：

判定圖像像差類型，選定像差校正基底多項(xiàng)式定義像差校正系數(shù)值，由此建立相位濾波器數(shù)學(xué)模型，即