[发明专利]基于波前调制迭代的非侵入式散射介质内部聚焦成像方法

说明书

本申请涉及一种基于波前调制迭代的非侵入式散射介质内部聚焦成像方法，包括：扫描待成像视场，计算待成像视场内目标物体的可能出现区域；获取可能出现区域内目标聚焦点图像，将目标聚焦点图像的中心像素作为迭代目标迭代计算目标值，并在目标值大于预设阈值时，判定目标聚焦点聚焦完成，获取目标聚焦点的强度值，并将待成像视场内扫描的下一个聚焦点作为新的目标聚焦点，直至待成像视场满足预设扫描条件后，根据待成像视场内的所有点的强度值拼接得到散射介质内焦面物体的图像。由此，解决了相关技术中的侵入式成像方法，不适用于实际场景，并且荧光标记的方法成像时间长，成本高，具有光毒性，无法确定聚焦位置等问题。

技术领域

本申请涉及显微镜成像技术领域，特别涉及一种基于波前调制迭代的非侵入式散射介质内部聚焦成像方法。

背景技术

传统光学成像，比如手机、相机、天文望远镜等，在成像过程中，光的传播介质是空气，在好天气下可以认为是均匀的，此时成像满足“点对点”成像条件，即图像上的一点能对应到焦面物体上的一点，从而实现清晰成像。但是，散射成像场景也广泛存在于自然界中，具体表现为成像光路通过的传播介质具有非均一性，比如大雾天气、深海探测以及对厚生物组织的显微成像等等。此时，不均匀介质使得光在传播过程中偏离原始方向，传统“点对点”成像的条件不再满足，物体上一点发出的光将无法在像面汇聚。所以，散射场景下拍摄的结果轻则十分模糊，重则变成随机的散斑图或者背景图，完全丢失了物体本身的形貌。

非侵入式散射场景相比侵入式成像场景需要在介质后面放置探测器，以获得光透过散射介质后的完整信息，非侵入式场景的光源和探测设备都在同一侧，从而能满足更多实际场景的需求，比如在组织的深层进行成像，或者透过云雾、浑水进行成像，这些场景下都无法在散射介质的另一端放置传感器。但是也带来了额外的挑战：如图1所示，侵入式场景中，光只穿过了一次散射介质；而非侵入式场景下，光穿过介质到达焦面物体，然后反射回的光再次穿透散射介质，被探测器接收，会受到双重散射，图像质量的退化问题更严重。其次，侵入式方法可以直接探测光通过物体再通过散射介质之后的图案并进行补偿，弥补散射介质的影响，能直接测量光强；而非侵入式的方法探测的是从介质中返回的信号，无法直接获得焦面处受散射影响的信号，而是通过反射回的信号间接测量，难度更大。

相关技术中，基于迭代的聚焦成像方法，要么是侵入式方法，要么需要荧光标记方法，通过对焦面物体进行荧光标记，然后接受返回的总荧光强度，可以让双次散射变成单次散射，然后借助光的非线性效应，能在测量总荧光光强的情况下进行聚焦。

然而，侵入式成像，不适用于实际场景，需要荧光标记的成像方法，在长时间成像的场景下存在光漂白问题，尤其是对于迭代的算法，往往成像时间较长，需要借助光的非线性效应实现更好的聚焦，而非线性效应需要更复杂昂贵的设备，以及更高的输入功率，进一步增大了光毒性的问题，虽然能实现聚焦，但是无法确定聚焦的位置，亟待解决。

发明内容

本申请提供一种基于波前调制迭代的非侵入式散射介质内部聚焦成像方法，解决了相关技术中的侵入式成像方法，不适用于实际场景，并且荧光标记的方法成像时间长，成本高，具有光毒性，无法确定聚焦位置的问题，通过迭代的波前调制方法在散射介质内部的焦面实现聚焦，进一步对散射介质内的焦面二维物体进行成像。

本申请第一方面实施例提供一种基于波前调制迭代的非侵入式散射介质内部聚焦成像方法，包括以下步骤：扫描待成像视场，并计算所述待成像视场内目标物体的可能出现区域；获取所述可能出现区域内目标聚焦点图像，并将所述目标聚焦点图像的中心像素作为迭代目标迭代计算目标值，并判断所述目标值是否大于预设阈值，其中，所述目标值为相机中心强度值，或者相机中心强度值与周围强度值的比值；若所述目标值大于所述预设阈值，则判定所述目标聚焦点聚焦完成，获取所述目标聚焦点的强度值，并将所述待成像视场内扫描的下一个聚焦点作为新的目标聚焦点，直至所述待成像视场满足预设扫描条件后，根据所述待成像视场内的所有点的强度值拼接得到散射介质内焦面物体的图像。