[發明專利]光學相干層析成像快速空間自適應去卷積方法

在審

• 申請號: 202110181508.6
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112927317A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 任尚杰;杜藝娜;董峰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T3/40;G06T5/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明提供一種光學相干層析成像快速空間自適應去卷積方法，步驟如下：構建OCT圖像去卷積的數學模型，將數學模型離散化得到述線性模型；步驟二：構建去卷積優化問題的最小二乘形式；由理查德森?露西算法得到成像深度和清晰圖像的初始估計，并設定最大迭代次數Tmax及圖像殘差閾值τ；設第t步迭代中，成像深度和清晰圖像的估計值分別為wt和It，根據目標函數的高斯?牛頓迭代解，得到加速迭代優化的解；迭代計算直至收斂。

技術領域

本發明屬于光學相干層析成像技術領域，涉及實現估計成像系統點擴散函數并用于使用去卷積方法增強光學相干層析圖像的分辨率。

背景技術

光學相干層析成像技術(OCT)是新一代的生物醫學成像技術，其利用邁克爾遜干涉儀檢測生物組織中的背向散射光與參考臂反射光干涉后的干涉信號，進而由散射光和參考光的干涉圖計算生物組織微觀二維或三維結構圖像。OCT的成像深度可以達到mm級別，成像分辨率可以達到μm級別。相比臨床上常用的醫學成像技術有X射線計算機斷層成像(X-CT)、核磁共振成像(MRI)、超聲成像(UI)等傳統醫學城鄉繼續，OCT成像以光波作為成像的能量源，具有非侵入、非接觸、無損傷、空間分辨率高、成本低等優點。OCT成像因為有諸多優點，因此發展迅速、應用領域廣泛、應用前景廣闊。除了應用于醫學領域，也被應用于精密機械器件形狀檢測、半導體器件質量檢測、材料表面損傷檢測及瓷器寶石等物質裂痕檢測、植物葉片、種子形態及微米級的微觀生物體內部結構成像等領域。

OCT圖像的空間分辨率增強是OCT研究的熱點之一。OCT圖像的增強方法可以分為基于硬件的方法和基于數字的方法兩種。在基于數學的圖像增強方法中，最常使用就是去卷積法。去卷積是一種減少模糊度的方法，常用的去卷積方法有維納濾波法、Richardson–Lucy迭代去卷積方法和最小二乘去卷積方法。維納濾波去模糊算法由N.Wiener等人在1964年在麻省理工學院出版社(MIT Press)出版的名為《平穩時間序列的外推、內插及平滑與工程應用》(Extrapolation,interpolation,and smoothing of stationary time serieswith engineering applications)的書中提出的，又稱為最小均方差濾波。其目標是找到未污染圖像的估計，使它們之間的均方差最小，在去除噪聲的同時清晰化模糊圖像。Richardson–Lucy迭代去卷積重建算法是一個在泊松噪聲背景下用于圖像恢復的迭代算法，是基于泊松統計數據的最大似然解。其旨在通過使用期望最大化算法(EM)來使恢復圖像的似然性最大化。該算法需要對圖像退化的過程進行良好的估計，以實現精確恢復。D.Fish等人1995年在《美國光學學會期刊-光學圖像科學和視覺》(Journal of TheOptical Society of America A-Optics Image Science and Vision)第12卷，第58-65頁發表的《用理查德森-露西算法進行盲反卷積》(Blind deconvolution by means of theRichardson-Lucy algorithm)中，成功使用理查德森-露西算法對OCT圖像進行盲去卷積處理，這是首次將Richardson-Lucy算法應用到了OCT成像中。T.S.Ralston等人2005年在《IEEE圖像處理匯刊》(IEEE Transactions on Image Processing)第14卷，第1254-1264頁，發表的題為《消除光學相干層析成像橫向模糊的反褶積方法》(Deconvolution methodsfor mitigation of transverse blurring in optical coherence tomography)的文章中提出了正則化反演去卷積算法，該算法使用的高斯光束去卷積算法可以減少OCT圖像的橫向模糊并提高OCT圖像的橫向分辨率。