[发明专利]一种大体积散射样本快速扫描三维成像方法及装置

说明书

本申请提出一种大体积散射样本快速扫描三维成像方法和装置，其中，方法包括：对样本进行成像，获得样本在不同方向的光场图像，将光场图像重排得到不同角度下的子孔径图像，通过计算仿真得到光场成像系统的点扩散函数，根据点扩散函数，并基于子孔径图像，使用相差估计同步重建算法进行三维重建。本发明通过采用上述方法，可以快速的对于大体积样本进行原位快速三维成像，通过多角度的像差估计可以获取样本的三维折射率分布，最终重建得到去除相差的三维重建结果。

技术领域

本发明涉及光学成像系统技术领域，特别涉及一种大体积散射样本快速扫描三维成像方法及装置。

背景技术

光场成像是一种快速三维成像方法，通过在光路中加入微透镜阵列记录四维光场信息。由于光场同时记录了空间与角度信息，将单张或者多张光场图进行处理，可得到场景的三维信息。

计算断层成像是一种三维成像方法，其利用探测器对成像对象从多个角度进行成像，获取空间与角度信息，之后通过算法进行反投影重建，获得高质量探测对象三维信息。

在进行多角度采样的过程中，多需要多个镜头，导致系统复杂，或需要将物体进行旋转，导致无法在原位进行实时成像。在宏观成像场景中，镜头等光学元件会带入像差；在显微成像中，大型样本的散射以及折射都会造成不可忽略像差，且样本中不同位置的像差空间不一致。这些像差会导致重建结果不准确，在实际应用中，需要提取像差信息并在重建过程中给予矫正。(另外，由于实际采集的点扩散函数与仿真的不同，一般需要标定系统的点扩散函数，使重建过程更加复杂。)

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的是结合计算断层成像与光场成像方法，对于大体积荧光样本进行原位快速多角度扫描成像，并进行相差矫正与准确的三维重建。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种大体积散射样本快速扫描三维成像方法，以结合计算断层成像与光场成像方法，对于大体积荧光样本进行原位快速多角度扫描成像，并进行相差矫正与准确的三维重建。

本发明的第二个目的在于提出一种大体积散射样本快速扫描三维成像装置。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种大体积散射样本快速扫描三维成像方法，包括：

S1，对样本进行成像，获得所述样本在不同方向的光场图像；

S2，将所述光场图像重排得到不同角度下的子孔径图像；

S3，通过计算仿真得到光场成像系统的点扩散函数；

S4，对所述图像对进行配准，计算得到所述图像对的坐标变换关系；

S5，根据所述点扩散函数，并基于所述子孔径图像，使用相差估计同步重建算法进行三维重建。

另外，根据本发明上述实施例的大体积散射样本快速扫描三维成像方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述对样本进行成像，获得所述样本在不同方向的光场图像，包括：

从不同角度对所述样本进行成像，每次旋转一定角度间隔以多角度成像，并在每次旋转完成后进行成像。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述通过计算仿真得到光场成像系统的点扩散函数，包括：

模拟光路正向传播过程，计算出复数光场，通过相位调制，经过所述光路正向传播过程得到光强分布，以得到各个深度对应的子孔径点扩散函数。

进一步的，在本发明的一个实施例中，基于交替方向乘子法对于相位矩阵与三维重建结果进行交替优化。