[发明专利]基于光场的数字光学层析方法和装置

说明书

本申请提出一种基于光场的数字光学层析方法和装置，涉及光学层析成像技术领域，其中，方法包括：获取三维生物样本，对三维生物样本进行光学放大处理；采集在设置光场中进行光学放大处理后的三维生物样本的光场图像，并将光场图像转换为四维低分辨相空间信息，以及对四维低分辨相空间信息进行上采样，获取四维相空间信息；获取点扩散函数，并对点扩散函数和四维相空间信息进行同尺度的降采样，获取目标空间信息；对目标空间信息进行三维重建，获取三维重建结果，并对三维重建结果进行上采样，获取目标结果。由此，有效地对背景建模，去除背景荧光和散射噪声，显著地提升光学层析能力，以此实现高分辨率的三维动态物体重建。

技术领域

本申请涉及显微成像的光学层析成像技术领域，尤其涉及一种基于光场的数字光学层析方法和装置。

背景技术

在生命科学研究中，对生物组织的显微成像是帮助科学家认知生命奥秘、疾病机理的重要前提。但是，现有的显微成像通常是对近焦面处的物体进行观测重建，很难实现快速大范围的生物组织结构三维重建，不能全面地反映结构信息，对生命科学的进一步研究造成了障碍。因此，实现快速大范围三维显微成像技术是很有必要的。

现有的快速三维显微成像技术主要是通过光场显微镜实现的，并且使用重建算法将光场图像转化成三维体积。但是通常的重建技术的轴向范围较小，会使得景深之外的信息成为背景。这些背景的存在严重影响了三维体积的正常成像。若想实现对背景的建模，即大范围的数据采集，传统方法会造成重建时间过长、存储空间不够等问题，对现有计算资源是一个挑战。现有的计算算法在重建上存在的缺陷限制了三维显微成像在生命科学观测中的应用。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于光场的数字光学层析方法，通过对背景荧光建模，并利用光场显微轴向分辨率不一致的特性多尺度地进行重建，实现数字的光学层析能力，去除背景光的干扰，从而实现高信噪比的快速大范围三维物体重建。

本申请的第二个目的在于提出一种基于光场的数字光学层析装置。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于光场的数字光学层析方法，包括：

获取三维生物样本，对所述三维生物样本进行光学放大处理；

采集在设置光场中进行光学放大处理后的所述三维生物样本的光场图像，并将所述光场图像转换为四维低分辨相空间信息，以及对所述四维低分辨相空间信息进行上采样，获取四维相空间信息；

获取点扩散函数，并对所述点扩散函数和所述四维相空间信息进行同尺度的降采样，获取目标空间信息；

对所述目标空间信息进行三维重建，获取三维重建结果，并对所述三维重建结果进行上采样，获取目标结果。

本申请实施例的基于光场的数字光学层析方法，通过获取三维生物样本，对三维生物样本进行光学放大处理；采集在设置光场中进行光学放大处理后的三维生物样本的光场图像，并将光场图像转换为四维低分辨相空间信息，以及对四维低分辨相空间信息进行上采样，获取四维相空间信息；获取点扩散函数，并对点扩散函数和四维相空间信息进行同尺度的降采样，获取目标空间信息；对目标空间信息进行三维重建，获取三维重建结果，并对三维重建结果进行上采样，获取目标结果。由此，有效地对背景建模，去除背景荧光和散射噪声，显著地提升光学层析能力，以此实现高分辨率的三维动态物体重建。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述对所述三维生物样本进行光学放大处理，包括：

使用传统宽场显微镜对三维生物样本进行成像，将所述三维生物样本进行光学放大处理。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述对所述三维生物样本进行光学放大处理之后，还包括：