[發明專利]一種基于光纖束的無透鏡成像方法及裝置

在審

• 申請號: 202310232703.6
• 申請日: 2023-03-06
• 公開（公告）號: CN116228910A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 曹良才;吳佳琛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T5/50
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 李茂家;周蕾

本公開涉及一種基于光纖束的無透鏡成像方法及裝置。所述方法包括：對光纖束進行標定，確定光纖束的纖芯位置坐標；基于光纖束獲取目標對象的多幀光纖束圖像，以及確定光纖束的耦合光場的卷積核函數，其中，不同幀光纖束圖像之間具有隨機位移；確定每幀光纖束圖像對應的纖芯光強值，其中，纖芯光強值用于表示光纖束的纖芯輸出的光強；利用無透鏡光纖束成像優化模型，根據纖芯位置坐標、卷積核函數和纖芯光強值進行圖像重建，確定目標對象的目標圖像，其中，目標圖像的分辨率高于光纖束圖像的分辨率。通過本公開實施例的方法，基于無透鏡光纖束采集目標對象的光纖束圖像，不需要單獨進行圖像配準，可以實現全自動的圖像重建，確定高分辨的目標圖像。

技術領域

本公開涉及圖像處理技術領域，尤其涉及一種基于光纖束的無透鏡成像方法及裝置。

背景技術

光纖束是一種柔軟可彎曲、靈活性高、體積輕巧的傳輸圖像的無源器件，可以在傳統儀器難以到達的位置進行成像。在醫療領域，由光纖束制成的光纖內窺鏡以微創的方式進入人體，用來觀察人體內部組織器官。現有技術中，光纖內窺鏡需要在光纖束探測端設置成像透鏡，導致光纖末端直徑較大，不利于內窺鏡進入狹窄腔體，并增加對人體組織的損傷。此外，光纖束的纖芯間隔使圖像呈現出蜂窩狀偽像，導致成像清晰度較低。

發明內容

有鑒于此，本公開提出了一種基于光纖束的無透鏡成像方法及裝置的技術方案。

根據本公開的一方面，提供了一種基于光纖束的無透鏡成像方法，包括：對光纖束進行標定，確定所述光纖束的纖芯位置坐標；基于所述光纖束獲取目標對象的多幀光纖束圖像，以及確定所述光纖束的耦合光場的卷積核函數，其中，不同幀所述光纖束圖像之間具有隨機位移；確定每幀所述光纖束圖像對應的纖芯光強值，其中，所述纖芯光強值用于表示所述光纖束的纖芯輸出的光強；利用無透鏡光纖束成像優化模型，根據所述纖芯位置坐標、所述卷積核函數和所述纖芯光強值進行圖像重建，確定所述目標對象的目標圖像，其中，所述目標圖像的分辨率高于所述光纖束圖像的分辨率。

在一種可能的實現方式中，所述基于所述光纖束獲取目標對象的多幀光纖束圖像，包括：驅動所述光纖束的探測端相對于所述目標對象進行隨機位移，并控制所述光纖束與所述目標對象之間的工作距離不變，獲取所述多幀光纖束圖像。

在一種可能的實現方式中，所述確定所述光纖束的耦合光場的卷積核函數，包括：根據所述工作距離和所述光纖束的光纖參數，確定所述卷積核函數。

在一種可能的實現方式中，所述確定每幀所述光纖束圖像對應的纖芯光強值，包括：根據所述光纖參數，確定與所述光纖束的纖芯對應的圓盤卷積核函數；針對所述多幀光纖束圖像中的任意一幀光纖束圖像，根據所述圓盤卷積核函數對所述光纖束圖像進行卷積處理，確定所述光纖束圖像對應的纖芯光強值。

在一種可能的實現方式中，所述多幀光纖束圖像中包括一幀參考幀圖像和多幀非參考幀圖像；所述利用無透鏡光纖束成像優化模型，根據所述纖芯位置坐標、所述卷積核函數和所述纖芯光強值進行圖像重建，確定所述目標對象的目標圖像，包括：根據所述纖芯位置坐標，確定所述多幀非參考幀圖像相對于所述參考幀圖像的初始剛性變換參量；根據所述無透鏡光纖束成像優化模型、所述卷積核函數和所述纖芯光強值，確定第一目標函數和第二目標函數；根據第t個優化剛性變換參量，對所述第一目標函數進行第t+1次迭代優化，確定第t+1個優化圖像，其中，t是大于或等于0的整數，所述第0個優化剛性變換參量是所述初始剛性變換參量；根據所述第t+1個優化圖像，對所述第二目標函數進行第t+1次迭代優化，確定第t+1個優化剛性變換參量；在達到預設迭代條件的情況下，將所述第t+1個優化圖像確定為所述目標圖像。