[发明专利]基于多层全息重建与聚焦策略的细胞群空间分布构建方法

权利要求书

1.一种基于多层全息重建与聚焦策略的细胞群空间分布构建方法，其特征在于：首先根据实际样本需要设定重建的起始距离、终止距离以及各层步长，逐层重建并记录各层重建情况；对于某一层重建图像进行灰度统计，使用对数正态分布拟合曲线的曲率极值设置灰度阈值并结合形态学处理手段提取目标物或细胞区域；通过统计目标物重建后的平均灰度、占据面积以及该层重建后全息图平均灰度值，建立细胞聚焦判断函数，并经过相邻层间同一细胞成像质心的跟踪匹配后，添加聚焦最佳处的深度信息就构成了细胞所处的空间位置；当一幅全息图中囊括了多个细胞时，分别计算得到各个细胞的聚焦深度以及对应层重建图中的水平面质心投影，构建出样本区域中细胞群的三维分布情况；

该方法具体包括以下步骤：

S1：读入待重建全息图，进行预处理；

S2：设置多层重建起始重建距离、终止重建距离以及层间步长；根据具体所使用的记录光波，设置重建波长lamda；

S3：按照所设置重建条件，逐层对图像完成重建，并对各层重建结果加以记录；

S4：对某一层重建图像进行像素灰度统计，并使用对数正态分布拟合灰度统计曲线，依据曲线曲率极值设置灰度阈值，完成图像二值化，提取目标物或细胞大致区域；

S5：结合空域灰度信息，使用形态学手段将二值图像进一步精确，使之尽可能贴合于物体在该层重建后的物像分布，去除非物体的干扰区域；

S6：构建各细胞成像聚焦判断函数Focus；

S7：不同层同一物体配准；

S8：结合S6与S7逐一整合出每个细胞在不同层面上重建的聚焦情况及空间位置分布，进而构建出细胞群的空间分布。

2.根据权利要求1所述的基于多层全息重建与聚焦策略的细胞群空间分布构建方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

将全息图从RGB彩色空间映射为灰度图像对应像素映射关系：

Gray(i,j)＝0.229×R(i,j)+0.587×G(i,j)+0.114×B(i,j)

其中i、j为行列坐标，R、G、B分别为三原色中红、绿、蓝通道信息。

3.根据权利要求1所述的基于多层全息重建与聚焦策略的细胞群空间分布构建方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

对于全息图重建，针对单个物体，当其重建距离等于或接近记录距离时，再现物体像最为清晰，共轭像最为微弱，成像效果最为理想；于是根据实际样本厚度及样本底层距离成像器件距离设置起始重建距离与终止距离，以及层间步长距离；

起始重建距离：样本底部距离CCD面的距离，记为Sdis；

终止重建距离：样本顶部距离CCD面的距离，记为Edis；

层间距离步长：记为Lstep；层间距离越小，细胞纵向信息表征越精确，系统运算量越大。

4.根据权利要求1所述的基于多层全息重建与聚焦策略的细胞群空间分布构建方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

S31：对于全息图像块在记录距离、重建波长下进行卷积重建，得到能够反映细胞清晰形态的重建复数矩阵U；

U(x_i,y_i)＝R(x_i,y_i)+O(x_i,y_i)×ima

其中R与O分别为复矩阵的实部矩阵与虚部矩阵系数，ima在此表示虚数单位，(x_i,y_i)为重建图在再现像平面上的位置分布；

S32：将重建所得复数矩阵U取模，得实数矩阵I，实数矩阵I数值分布范围分布在[0，1]区间；

S33：对实数矩阵I进行归一化和取整处理，得元素数值为整数且拉伸分布在整个图像灰度级[0,level]区间的实整矩阵I_s，即为重建图；

其中max和min分别代表实数矩阵I中的最大、最小元素数值，level表示图像设备可用于显示的灰度级数量。