[發明專利]基于波前調制迭代的非侵入式散射介質內部聚焦成像方法

在審

• 申請號: 202211327540.1
• 申請日: 2022-10-26
• 公開（公告）號: CN115696041A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 季向陽;李博文;連曉聰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04N23/67
• 分類號: H04N23/67;G01N21/41
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 雷玉龍

本申請涉及一種基于波前調制迭代的非侵入式散射介質內部聚焦成像方法，包括：掃描待成像視場，計算待成像視場內目標物體的可能出現區域；獲取可能出現區域內目標聚焦點圖像，將目標聚焦點圖像的中心像素作為迭代目標迭代計算目標值，并在目標值大于預設閾值時，判定目標聚焦點聚焦完成，獲取目標聚焦點的強度值，并將待成像視場內掃描的下一個聚焦點作為新的目標聚焦點，直至待成像視場滿足預設掃描條件后，根據待成像視場內的所有點的強度值拼接得到散射介質內焦面物體的圖像。由此，解決了相關技術中的侵入式成像方法，不適用于實際場景，并且熒光標記的方法成像時間長，成本高，具有光毒性，無法確定聚焦位置等問題。

技術領域

本申請涉及顯微鏡成像技術領域，特別涉及一種基于波前調制迭代的非侵入式散射介質內部聚焦成像方法。

背景技術

傳統光學成像，比如手機、相機、天文望遠鏡等，在成像過程中，光的傳播介質是空氣，在好天氣下可以認為是均勻的，此時成像滿足“點對點”成像條件，即圖像上的一點能對應到焦面物體上的一點，從而實現清晰成像。但是，散射成像場景也廣泛存在于自然界中，具體表現為成像光路通過的傳播介質具有非均一性，比如大霧天氣、深海探測以及對厚生物組織的顯微成像等等。此時，不均勻介質使得光在傳播過程中偏離原始方向，傳統“點對點”成像的條件不再滿足，物體上一點發出的光將無法在像面匯聚。所以，散射場景下拍攝的結果輕則十分模糊，重則變成隨機的散斑圖或者背景圖，完全丟失了物體本身的形貌。

非侵入式散射場景相比侵入式成像場景需要在介質后面放置探測器，以獲得光透過散射介質后的完整信息，非侵入式場景的光源和探測設備都在同一側，從而能滿足更多實際場景的需求，比如在組織的深層進行成像，或者透過云霧、渾水進行成像，這些場景下都無法在散射介質的另一端放置傳感器。但是也帶來了額外的挑戰：如圖1所示，侵入式場景中，光只穿過了一次散射介質；而非侵入式場景下，光穿過介質到達焦面物體，然后反射回的光再次穿透散射介質，被探測器接收，會受到雙重散射，圖像質量的退化問題更嚴重。其次，侵入式方法可以直接探測光通過物體再通過散射介質之后的圖案并進行補償，彌補散射介質的影響，能直接測量光強；而非侵入式的方法探測的是從介質中返回的信號，無法直接獲得焦面處受散射影響的信號，而是通過反射回的信號間接測量，難度更大。

相關技術中，基于迭代的聚焦成像方法，要么是侵入式方法，要么需要熒光標記方法，通過對焦面物體進行熒光標記，然后接受返回的總熒光強度，可以讓雙次散射變成單次散射，然后借助光的非線性效應，能在測量總熒光光強的情況下進行聚焦。

然而，侵入式成像，不適用于實際場景，需要熒光標記的成像方法，在長時間成像的場景下存在光漂白問題，尤其是對于迭代的算法，往往成像時間較長，需要借助光的非線性效應實現更好的聚焦，而非線性效應需要更復雜昂貴的設備，以及更高的輸入功率，進一步增大了光毒性的問題，雖然能實現聚焦，但是無法確定聚焦的位置，亟待解決。

發明內容

本申請提供一種基于波前調制迭代的非侵入式散射介質內部聚焦成像方法，解決了相關技術中的侵入式成像方法，不適用于實際場景，并且熒光標記的方法成像時間長，成本高，具有光毒性，無法確定聚焦位置的問題，通過迭代的波前調制方法在散射介質內部的焦面實現聚焦，進一步對散射介質內的焦面二維物體進行成像。

本申請第一方面實施例提供一種基于波前調制迭代的非侵入式散射介質內部聚焦成像方法，包括以下步驟：掃描待成像視場，并計算所述待成像視場內目標物體的可能出現區域；獲取所述可能出現區域內目標聚焦點圖像，并將所述目標聚焦點圖像的中心像素作為迭代目標迭代計算目標值，并判斷所述目標值是否大于預設閾值，其中，所述目標值為相機中心強度值，或者相機中心強度值與周圍強度值的比值；若所述目標值大于所述預設閾值，則判定所述目標聚焦點聚焦完成，獲取所述目標聚焦點的強度值，并將所述待成像視場內掃描的下一個聚焦點作為新的目標聚焦點，直至所述待成像視場滿足預設掃描條件后，根據所述待成像視場內的所有點的強度值拼接得到散射介質內焦面物體的圖像。