[发明专利]用于确定介质中的三维颗粒分布的方法

说明书

本发明涉及一种用于确定介质(M)中的三维颗粒分布(6)的方法，所述方法包括：发射相干光束(9)以照射样品(3)；记录散射光束(10)和光束中的未被散射的第二部分(11)的干涉图像(12)；从干扰图像(12)计算，对于位于样品(3)内的多个虚拟平面(13_i)中的每个虚拟平面，样品(3)的重建图像(14_i)；对于每个重构图像(14_i)，生成存在图像(16_i)，其中，如果重构图像(14_i)的相应像素(15)具有超过预定阈值(TH)的强度值(I)且如果重构图像(14_i)的相应像素(15)具有带有预定符号(SG)的相位值(Φ)，则值被分配给存在图像(16_i)的每个像素(17)。

技术领域

本发明涉及一种用于确定介质中的三维颗粒分布，优选细菌分布的方法。

背景技术

本发明的背景技术在于观察诸如介质中的细菌之类的胶体的领域，以例如研究尿路感染的细菌发作。此外，可以观察海水中的塑料颗粒、液体食品或药品中的杂质或体液中的细胞。对于细菌分布，已知借助于数字全息显微镜来观察介质中细菌的运动。在这样的方法中，用相干光照射包含所述细菌的样品，以获得其干涉图像。由此，转而通过在干涉图像上应用重构算法，例如反向传播或反向投影算法，可以计算出细菌分布的三维模型。但是，实验表明，以这种方式获得的三维模型通常在质量上不适合进行详细分析。

为了克服这个问题，在现有技术中，已知对干涉图像执行空间滤波或时间平均步骤以生成背景图像。该图像包含关于与不感兴趣的对象有关的条纹的信息，这些信息可以通过分割或减去所述背景图像而从干涉图像中去除。此后，对由此“清洁的”干涉图像执行重构算法，以确定三维颗粒分布。但是，这些处理步骤具有以下缺点：三维模型的整体质量在某些情况下仍然不足。这里出现的问题是，散射大量光的物体带有条纹，这些条纹很容易被误认为是散射程度较低的物体。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有高定性输出的用于确定三维颗粒分布的方法，其而且计算上也易于执行。

该目的是借助于一种用于确定介质中的三维颗粒分布，优选细菌分布的方法来实现的，该方法包括：

提供包含所述颗粒的介质的样品；

借助于光源发射相干光束以用所述光束照射所述样品，其中所述光束的第一部分被所述颗粒散射以产生散射光束；

用照相机记录所述散射光束和所述光束的未被散射的第二部分的干涉图像；

使用处理器从干涉图像计算，对于位于样品内的多个虚拟平面中的每个虚拟平面，样品的在相应虚拟平面处的重建图像，每个重建图像具有多个像素，该多个像素具有强度值和相位值；

对于每个重构图像，用所述处理器生成存在图像，所述存在图像具有与重构图像相同的像素的布局，其中，如果重构图像的对应像素具有超过阈值的强度，并且，如果重建图像的相应像素具有带有预定符号的相位值，则值被分配给存在图像的每个像素，并且其中，如果不满足所述两个准则中的至少一个，则没有值被分配；以及

根据存在图像的已经分配了值的那些像素来识别三维颗粒分布。

该方法的优点是，通过对每个重建图像应用特殊的滤波算法，即，不是对受重建算法影响的干涉图像，而是对重建样品的“切片”应用特殊的滤波算法，可以提高所确定的三维颗粒分布的质量。

已经发现，每个颗粒在重建图像中引起具有多个最大值的强度图案。两个创新的滤波步骤允许删除引起“外部”最大值的那些强度值，即不对应于实际颗粒的那些强度最大值。这使颗粒看起来更清晰，因为它的边缘在三维颗粒分布中不那么模糊，例如允许改进的统计分析。因此，该方法设法借助计算效率高的算法来去除颗粒周围的第二、第三等强度最大值，只需要以简单的方式为每个像素计算两个值。