CN108020509A - 一种光学投影层析成像的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学投影层析成像的方法，包括步骤：拍摄生物样品若干张不同角度不同焦面的图像；利用拉普拉斯金字塔算法将同一个角度不同焦面的图像融合成长景深图片；利用滤波反投影算法将生物样品不同角度的长景深图片重建。该方法通过对每一个焦面时通过采集不同焦点的照片，再通过拉普拉斯金字塔算法，从而得出长景深照片，再利用滤波反投影算法进行重建，使得图像所提取的信息充分，图像分辨率高。同时，提供一种基于本发明方法的装置，从而得到信息充分、分辨率高的图像。该方法及其装置可用于生物成像。

Description

一种光学投影层析成像的方法及其装置
技术领域
本发明创造涉及生物成像技术领域，特别涉及一种光学投影层析成像的方法及其装置。
背景技术
光学投影层析成像(Optical Projection Tomography，OPT)技术，是一种新的三维光学成像技术，能够实现探测深度达到10mm的小动物的活体三维成像。
而光学投影层析成像它是基于显微镜相机成像，在显微成像过程中，由于显微***的景深很小，对具有一定厚度的物体成像，得到的图像中只有部分细节良好聚焦，其他部分则是模糊的，这使得人们无法用光学投影层析成像的方法清楚地研究样品的内部结构。对成像***而言,大的景深意味着同一画面中有更多的清晰景物,意味着更多的可测控、监控对象。因此，增大光学***的景深问题一直以来都是应用于光学领域的亟待解决的问题。
目前，对增大光学***中景深的方法主要有比如幅度切砋法、二维成像序列的图像融合、特殊设计透镜结合图像处理、带有相位模板的普通镜头结合图像处理(波前编码)、三维数字全息等。幅度切砋法会极大降低成像光能量和成像分辨率；图像融合法和数字全息方法都需要进行耗时较长的复杂运算。
发明内容
本发明的目的是：提供一种扩大光学投影层析成像景深的方法和装置。
本发明解决其技术问题的解决方案是，一方面：一种光学投影层析成像的方法，包括步骤：拍摄生物样品若干张不同角度不同焦面的图像；利用拉普拉斯金字塔算法将同一个角度不同焦面的图像融合成长景深图片；利用滤波反投影算法将生物样品不同角度的长景深图片重建。
进一步，所述步骤获得生物样品若干张不同角度不同焦面的图像中所述不同焦面为5个不同焦面。
进一步，在所述拍摄生物样品若干张不同角度不同焦面的图像前，将所述生物样品放置在充满水的玻璃池中。
另一方面，一种光学投影层析成像的装置，包括：平行光源器、相机、远心成像***、步进电机、旋转样品台、计算机，所述计算机与所述相机电连，所述平行光源器、旋转样品台、远心成像***、相机依次通过光路连接，所述步进电机用于带动所述相机朝生物样品直线移动，所述旋转样品台用于带动所述生物样品转动，所述相机用于在步进电机带动下、旋转样品台的转动下，拍摄生物样品若干张不同角度不同焦面的图像，所述计算机用于获取相机拍摄的图像，并利用拉普拉斯金字塔算法将同一个角度不同焦面的图像融合成长景深图片，利用滤波反投影算法将生物样品不同角度的长景深图片组成三维图像。
进一步，所述旋转样品台上设有充满水的玻璃池。
进一步，所述远心成像***包括：前、后透镜、光阑，所述光阑位于所述前、后透镜之间，并位于所述前透镜的后焦面上。
进一步，所述相机为COMS相机。
本发明的有益效果是：一方面，该方法通过对每一个焦面时通过采集不同焦点的照片，再通过拉普拉斯金字塔算法，从而得出长景深照片，再利用滤波反投影算法进行重建，使得图像所提取的信息充分，图像分辨率高。
另一方面，提供一种基于本发明方法的装置，该装置利用相机、远心成像***、步进电机、旋转平台对每一个焦面时通过采集不同焦点的照片，再通过计算机的拉普拉斯金字塔算法，从而得出长景深照片，再利用滤波反投影算法进行重建，得到信息充分、分辨率高的图像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明创造装置的结构示意图；
图2是实施例1的光学投影层成像方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1，参考图1和图2，一种光学投影层析成像的装置，包括：平行光源器、相机5、远心成像***4、步进电机5、旋转样品台10、计算机9，所述平行光源器由白色光源器1和扩散片2构成，所述计算机9与所述相机5电连，所述平行光源器、旋转样品台10、远心成像***4、相机5依次通过光路连接，所述远心成像***4包括：前、后透镜、光阑，所述光阑位于所述前、后透镜之间，并位于所述前透镜的后焦面上；所述旋转样品台10上设有充满水的玻璃池3。所述相机5为COMS相机。
当本发明的装置工作时，首先，白色光源器1发出白光经即扩散片2成为照度均匀的平行束白光，照射在生物样品8上，由于生物样品一般会采用浓度为1％的琼脂固定，为了减少光通过琼脂时的折射率，因此，将生物样品8放置入充满水的玻璃池3，进行折射率匹配，再置于旋转平台10上，所述远心成像***4的前、后透镜都为10×的显微目镜，光阑位于前透镜的后焦面，其中，所述远心成像***4的光阑的作用是增加光阑可以减小光锥的锥角及光锥和主光轴的夹角，增大成像深度及减小***误差，而同时在光阑两边加入两个透镜的作用是前透镜距样品的距离较远，样品经前透镜的像为缩小的实像，添加后透镜可将经过前透镜的缩小的实像进行一定程度的放大作用。
相机5用于采集到一系列的投影数字图像并传到计算机9。其中相机5的型号为Basler acA2000-340k(Base),镜头的景深范围为2mm，放大倍率为0.16，曝光时间为0.09。
步进电机6驱动相机5移动，使得生物样品8与远心成像***4的距离改变，从而改变了景深的初始位置，每驱动一次，等到相对静止后，拍摄一张，最终得到同一个角度上多张不同焦面的照片，本实施例为5张，并利用拉普拉斯金字塔算法将同一个角度不同焦面的图像融合成长景深图片。
伺服电机7将驱动放着生物样品8的旋转平台10，旋转平台10每转动1.8度，进行上述的步骤采集同一个角度上的图像，旋转平台10一个旋转200次，360度，再由相机5采集图像并将得到的投影数字图像传到计算机9，共融合200幅长景深图片，这些图片将由计算机9利用滤波反投影算法进行重建处理，其中滤波反投影算法的滤波函数为S－L函数。在得到不同旋转角度下各个剖析层投影量后，经计算机9按照算法重建就可得样品各个层析图像,其重建结果可以从不同的角度进行观察及得到沿不同方向的虚拟切片，进而可得出整个样品的三维光吸收层析结构。再用amira软件合成三维立体图像。
该方法和装置，通过对每一个焦面时通过采集不同焦点的照片，再通过拉普拉斯金字塔算法，从而得出长景深照片，再利用滤波反投影算法进行重建，使得图像所提取的信息充分，图像分辨率高。
其中，所述拉普拉斯金字塔算法的原理步骤为：
步骤一、对每一源图像分别进行梯度塔形分建立图像的梯度金字塔。
步骤二、对图像梯度金字塔的各分解层分别进行融合处理；不同的分解层、不同方向细节图像采用不同的融合算子进行融合处理，最终得到融合后图像的梯度金字塔。
步骤三、对融合后所得梯度金字塔进行逆塔形变换(即进行图像重构)。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种光学投影层析成像的方法，其特征在于，包括步骤：
拍摄生物样品若干张不同角度不同焦面的图像；利用拉普拉斯金字塔算法将同一个角度不同焦面的图像融合成长景深图片；利用滤波反投影算法将生物样品不同角度的长景深图片重建。
2.根据权利要求1所述的一种光学投影层析成像的方法，其特征在于，所述步骤获得生物样品若干张不同角度不同焦面的图像中所述不同焦面为5个不同焦面。
3.根据权利要求1或2所述的一种光学投影层析成像的方法，其特征在于，在所述拍摄生物样品若干张不同角度不同焦面的图像前，将所述生物样品放置在充满水的玻璃池中。
4.一种光学投影层析成像的装置，包括：平行光源器、相机、远心成像***，其特征在于，还包括步进电机、旋转样品台、计算机，所述计算机与所述相机电连，所述平行光源器、旋转样品台、远心成像***、相机依次通过光路连接，所述步进电机用于带动所述相机朝生物样品直线移动，所述旋转样品台用于带动所述生物样品转动，所述相机用于在步进电机带动下、旋转样品台的转动下，拍摄生物样品若干张不同角度不同焦面的图像，所述计算机用于获取相机拍摄的图像，并利用拉普拉斯金字塔算法将同一个角度不同焦面的图像融合成长景深图片，利用滤波反投影算法将生物样品不同角度的长景深图片组成三维图像。
5.根据权利要求4所述的一种光学投影层析成像的装置，其特征在于：所述旋转样品台上设有充满水的玻璃池。
6.根据权利要求5所述的一种光学投影层析成像的装置，其特征在于：所述远心成像***包括：前、后透镜、光阑，所述光阑位于所述前、后透镜之间，并位于所述前透镜的后焦面上。
7.根据权利要求4-6任一项所述的一种光学投影层析成像的装置，其特征在于：所述相机为COMS相机。
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