[發明專利]一種適用于多成分體系的離散代數三維重構方法、系統及可讀存儲介質

在審

• 申請號: 202110322097.8
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113052960A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 陳江華;何玉濤;明文全
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/00;G06T7/11;G06T3/00;G06T5/40
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

本發明公開了一種適用于多成分體系的離散代數三維重構方法、系統及可讀存儲介質，該方法包括獲取三維物體上每個二維片層在不同投影角度下的投影圖形；基于不同投影角度的投影圖像對每個二維片層均執行迭代離散代數重構算法(IDART)得到每個二維片層對應的重構圖像。該方法基于已有的離散代數重構方法(DART)，在循環算法中加入自動識別獨立區域并單獨賦值的功能，減少了參數的輸入，得到更加準確重構結果，并能從重構結果中自動分離不同成分的組織，解決了DART方法在多成分體系中難以獲取先驗知識的相關參數，繼而引入重構誤差的難題。

技術領域

本發明屬于透射電子顯微鏡應用技術和圖像處理領域，具體涉及一種適用于多成分體系的離散代數三維重構方法、系統及可讀存儲介質。

背景技術

層析成像是生物學或材料科學中的一種新穎技術，可以無損地表征物體的內部三維結構。它已廣泛應用于醫學領域，例如計算機斷層掃描(CT)，但在表征材料領域，當前阻礙電子斷層掃描(ET)應用的障礙主要是重構結果的準確性和定量性。這是因為重構是典型的欠定問題，當投影數據減小時，誤差增大。在透射電子顯微鏡(TEM)中，極靴之間的距離限制了樣品臺的最大傾斜角，即使傾轉角度不受限制，高角度時的厚度增加使得投影嚴重偏離線性，因此通常最大傾轉角限制在70°到-70°之間，由于數據缺失，這導致了ET中典型的楔形缺失問題。為了尋求更優的重構結果，使用高級重構算法消除由缺失的楔形引起的偽像已成為重要課題。

有研究者提出離散代數重構算法(DART)，通過人工輸入先驗知識，來提高重構精度，一定程度抑制了缺失錐偽像，但是DART方法需要輸入許多參數且需要用戶具有經驗，因此難以獲得廣泛應用。DART需要用戶輸入的數據包括但不限于：待重構體系中一共包含幾種成分的組織，每一種成分的物體對應的具體灰度值。一旦用戶輸入的參數不理想，將直接導致重構結果產生誤差。

發明內容

本發明的目的是提供一種適用于多成分體系的離散代數三維重構方法，其重構過程是依據獨立區域內成分統一，像素點的灰度值相差不大，且灰度分布直方圖峰值更接近實際值的特征，通過迭代方式來降低重構誤差，得到較為精準的重構結果，尤其是解決了現有DART技術過于依賴先驗知識準確性的問題，本發明大大減少先驗知識的輸入，降低了輸入參數對重構結果的影響。

本發明提供的適用于多成分體系的離散代數三維重構方法，包括如下步驟：

S11：獲取三維物體上每個二維片層在不同投影角度下的原始投影圖形；

S12：基于投影圖像對每個二維片層均執行IDART算法得到每個二維片層對應的重構圖像；

其中，所述IDART算法是基于不同投影角度的投影圖像進行初始重構，再獲取初始重構圖像內的獨立區域，以及將獨立區域內灰度值分布直方圖的峰值(即所占像素最多的灰度值)賦值給獨立區域進行初始重構圖像更新，然后，對更新后的初始重構圖像重新進行投影圖像獲取、初始重構以及更新，循環n次后得到最終的重構圖像，n為正整數；

本發明中巧妙利用獨立區域必然是同一成分的特征，即獨立區域內像素點的灰度值必然差異較小，與此同時，又基于研究發現獨立區域的灰度值分布直方圖的峰值更接近獨立區域的像素點的實際灰度值，進而以獨立區域為單元并利用峰值對各個獨立區域進行賦值，以此為標準來調節重構圖像，再通過多次迭代來進一步降低誤差，使得重構圖像更為精準。

進一步優選，步驟S12中基于不同投影角度的投影圖像對任意一個二維片層執行IDART算法得到二維片層的重構圖像的過程如下：

S21：對不同投影角度的投影圖像，采用同時迭代重構技術(SIRT)重構，得到初始重構圖像；

S22：識別邊界區域以及非邊界區域，并基于邊界區域和非邊界區域識別出獨立區域，所述獨立區域為聯通的島狀區域；

S23：分別將獨立區域內灰度值分布直方圖的峰值賦值給同一獨立區域內的所有像素點；