[發(fā)明專利]使用基于圖像的處理進行相位檢測和校正

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201980074812.1
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN113015881A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肯·奧爾德姆;托馬斯·D·王;馬尤爾·布尚·伯爾勒;段西雨
• 申請（專利權(quán)）人: 密歇根大學(xué)董事會
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 康泉;宋志強

一種計算機實現(xiàn)的方法，包括：接收表示樣本圖像的原始數(shù)據(jù)集；通過使用度量算法分析所述原始數(shù)據(jù)集，識別第一極值集；通過分析所述第一極值集，識別第二極值集；和基于所述第二極值集，生成所述樣本的重建圖像。相位校正掃描儀包括一個或多個處理器；一個或多個掃描儀，其適于對對象進行順序采樣以生成代表利薩如圖案中的所述對象的原始數(shù)據(jù)的矢量；以及存儲指令的存儲器，當所述指令由所述一個或多個處理器執(zhí)行時使計算系統(tǒng)接收所述原始數(shù)據(jù)的矢量，通過使用度量算法分析原始數(shù)據(jù)集，識別第一極值集，并通過分析第一極值集識別第二極值集。

政府權(quán)益聲明

本發(fā)明是在國家科學(xué)基金(National Science Foundation)授予的CMMI-1334340和在國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health)授予的EB020644下由政府支持進行的。政府擁有本發(fā)明的某些權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體上涉及用于在使用光學(xué)儀器的二維(2D)和/或三維(3D)掃描期間跟蹤和/或校正相移的系統(tǒng)和方法。更具體地，提出了用于在利用兩軸微機電系統(tǒng)微鏡的掃描(例如，利薩如(Lissajous)掃描)期間檢測和/或校正相移的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本文中提供的背景技術(shù)描述是為了大體上呈現(xiàn)本公開的上下文。在此背景技術(shù)部分中描述的范圍內(nèi)，當前署名的發(fā)明人的作品以及在提交時可能未以其它方式具有作為現(xiàn)有技術(shù)的資格的描述的各方面既不明確地也不隱含地被認作是針對本公開的現(xiàn)有技術(shù)。

使用光束控制的成像具有許多應(yīng)用，包括生物醫(yī)學(xué)成像、掃描探針顯微鏡、3D打印、單像素相機、掃描電子顯微鏡、光檢測和測距(LiDAR)等。各種光束控制模式，例如光柵、螺旋和利薩如(Lissajous)，可以取決于成像應(yīng)用和執(zhí)行器功能進行選擇。掃描模式可能對圖像分辨率、視野(FOV)和幀速率(FR)產(chǎn)生直接影響。例如，當兩個運動軸都以恒定的正弦輸入(可能具有不同的頻率和/或相位)運行時，就會獲得利薩如掃描。對于許多掃描執(zhí)行器，可以通過在共振頻率附近操作掃描儀來實現(xiàn)較大的FOV。通過仔細設(shè)計掃描儀的共振頻率和在這些頻率下的位移，也可以實現(xiàn)高FR。利薩如掃描是成像應(yīng)用中的一種流行選擇，因為它可以使用一個或多個反射鏡檢流計、基于微型微機電系統(tǒng)(MEMS)的掃描儀等輕松實現(xiàn)。與光柵掃描不同，利薩如不需要兩個工作頻率即可相距足夠遠，簡化了MEMS設(shè)計。

利薩如掃描具有許多光學(xué)應(yīng)用，包括生物醫(yī)學(xué)成像、掃描探針顯微鏡，單像素相機等。在典型應(yīng)用中，使用掃描儀(例如MEMS微鏡、反射鏡檢流計、多光子光學(xué)探頭等)對在對象平面上的點進行順序采樣。來自對象平面上不同點的光強度被記錄為時間序列數(shù)據(jù)，稱為原始數(shù)據(jù)。采樣軌跡可以由利薩如圖案確定，該利薩如圖案又取決于在相應(yīng)的運動軸(例如x和y軸)的掃描頻率(f_x,f_y)、位移幅度(θ_x,θ_y)和相位延遲通過將原始數(shù)據(jù)以與在對象平面上被掃描的順序和位置相同的順序和位置放置在圖像中，可以獲得對象平面的圖像。因此，為了從原始數(shù)據(jù)重建圖像，可能需要對掃描軌跡有準確的了解。

但是，當使用MEMS掃描儀時，實際的掃描軌跡可能會偏離圖像重建中用作相位漂移的掃描軌跡。MEMS掃描儀可以在具有自然振蕩的設(shè)備的諧振頻率下工作。當將掃描儀放置在儀器(例如，內(nèi)窺鏡)中時，以及當將內(nèi)窺鏡放置在生物體內(nèi)時，這種振蕩可能會發(fā)生。振蕩可能很小，但可能足以引起圖像配準問題。圖像可能是模糊的并且可能具有雙重圖像效果，因為一旦在內(nèi)窺鏡和/或生物體內(nèi)部，鏡子的屬性就會微妙地改變。

相位漂移可歸因于許多因素，例如環(huán)境條件、掃描儀屬性隨時間變化等。即使小的相位漂移也會導(dǎo)致掃描軌跡出現(xiàn)大偏差，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量較差。如果漂移足夠大，則圖像將無法識別。因此，李沙如掃描的有效性和圖像重建的準確性可能會受到軸之間的相位差的影響。在諸如MEMS掃描鏡的小型化設(shè)備中，由于環(huán)境擾動，掃描儀(即，共振微鏡)的共振頻率可能漂移數(shù)度。該漂移繼而可能導(dǎo)致鏡運動與周期性的輸入驅(qū)動信號之間的相位延遲變化。