[發明專利]一種基于插值的光子計數非視域三維成像超分辨方法

在審

• 申請號: 202110068358.8
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112882057A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 蘇秀琴;王定杰;郝偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01S17/894
• 分類號: G01S17/894
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

1.一種基于插值的光子計數非視域三維成像超分辨方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、對由成像系統采集的尺寸為M×M×t的原始回波光子分布數據進行插值，得到尺寸為[(M-1)×(N+1)+1]×[(M-1)×(N+1)+1]×t的回波光子分布數據；其中M×M表示數據采樣點，t表示時間，N為插值次數；

步驟二、將尺寸為[(M-1)×(N+1)+1]×[(M-1)×(N+1)+1]×t的回波光子分布數據作為三維重建算法的輸入，得到更高分辨率的三維像。

2.根據權利要求1所述的一種基于插值的光子計數非視域三維成像超分辨方法，其特征在于，所述步驟一具體為：

步驟1.1、對由成像系統采集的尺寸為M×M×t的原始回波光子分布數據，選擇其中任意一個四鄰域采樣點，所對應的回波光子分布數據分別記為：

步驟1.2、對四鄰域采樣點內部進行N次插值，原四鄰域采樣點對應的尺寸為2×2×t的回波光子分布數據經插值后得到新的尺寸為(2+N)×(2+N)×t的回波光子分布數據；根據最鄰近插值原理，以距離插值點最近的采樣點為依據進行賦值；記新的尺寸為(2+N)×(2+N)×t的回波光子分布數據中第i行、第j列的插值數據為其表達式為：

步驟1.3、遍歷尺寸為M×M×t的原始回波光子分布數據中所有的四鄰域采樣點，完成對整個采集數據的插值，得到尺寸為[(M-1)×(N+1)+1]×[(M-1)×(N+1)+1]×t的回波光子分布數據。

3.根據權利要求1所述的一種基于插值的光子計數非視域三維成像超分辨方法，其特征在于，所述步驟一具體為：

步驟1.1、對由成像系統采集的尺寸為M×M×t的原始回波光子分布數據，選擇其中任意一個四鄰域采樣點，所對應的回波光子分布數據分別記為：

步驟1.2、對四鄰域采樣點內部進行N次插值，原四鄰域采樣點對應的尺寸為2×2×t的回波光子分布數據經插值后得到新的尺寸為(2+N)×(2+N)×t的回波光子分布數據；根據雙線性插值原理，根據四個鄰域采樣點到插值點的距離不同，賦予不同的權重，對四個鄰域采樣點對應的回波光子分布數據加權平均得到插值點對應的回波光子分布數據；記新的尺寸為(2+N)×(2+N)×t的回波光子分布數據中第i行、第j列的插值數據為其表達式為：

步驟1.3、遍歷尺寸為M×M×t的原始回波光子分布數據中所有的四鄰域采樣點，完成對整個采集數據的插值，得到尺寸為[(M-1)×(N+1)+1]×[(M-1)×(N+1)+1]×t的回波光子分布數據。

4.根據權利要求1所述的一種基于插值的光子計數非視域三維成像超分辨方法，其特征在于，所述步驟一具體為：

步驟1.1、選取BiCubic基函數以描述十六鄰域內各采樣數據的權重系數，其中BiCubic基函數形式如下：

式中，a＝-0.5；

步驟1.2、對由成像系統采集的尺寸為M×M×t的原始回波光子分布數據，選擇其中任意一個四鄰域采樣點，所對應的回波光子分布數據分別記為：

步驟1.3、對四鄰域采樣點內部進行N次插值，原四鄰域采樣點對應的尺寸為2×2×t的回波光子分布數據經插值后得到新的尺寸為(2+N)×(2+N)×t的回波光子分布數據；根據雙三次插值原理，根據十六個鄰域采樣點(4×4)到插值點的距離不同，賦予不同的權重，對十六鄰域采樣點對應的回波光子分布數據加權平均得到插值點數據；記新的尺寸為(2+N)×(2+N)×t的回波光子分布數據中第i行、第j列的插值數據為其表達式為：

其中m為I-1至I+2的整數，n為J-1至J+2的整數；

對位于邊界上的四鄰域采樣點，在進行三線性插值時會出現參考采樣點數不足的情況，此時對4×4參考點中缺失的采樣點賦值為零；

步驟1.4、遍歷尺寸為M×M×t的原始回波光子分布數據中所有的四鄰域采樣點，完成對整個采集數據的插值，得到尺寸為[(M-1)×(N+1)+1]×[(M-1)×(N+1)+1]×t的回波光子分布數據。

5.根據權利要求1-4任一所述的一種基于插值的光子計數非視域三維成像超分辨方法，其特征在于，步驟二中，三維重建算法采用頻率-波數(f-k)偏移算法、光錐變換(LCT)算法或濾波反投影(FBP)算法。