[发明专利]一种基于光场显微系统的光场三维重建方法

说明书

一种基于光场显微系统的光场三维重建方法，包括如下步骤：A1：搭建光场显微装置，按光的传播路径依次设置显微标本、显微镜、微透镜阵列、相机；A2：根据需求确定移动间隔，设定相机帧率与平移台移动速度，确定相机端扫描策略；A3：根据微透镜分布对光场图像进行平移、裁剪与对齐；A4：根据荧光显微镜成像过程中散粒噪声特性，得到多光场图像三维重建目标函数；A5：目标函数加入先验作为正则项，进行最大后验估计；A6：将多光场反向投影平均结果作为迭代初始值；A7：利用梯度下降算法进行迭代重建，得到大深度下分辨率深度一致的三维体。本方法在深度方向上使得轴向分辨率与横向分辨率更一致，重建得到的三维体深度分辨率一致性明显增强。

技术领域

本发明涉及计算机视觉与数字图像处理领域，特别是涉及一种基于光场显微系统的光场三维重建方法。

背景技术

光场显微镜是一种无需扫描即可快速三维体积成像的光学显微成像技术，其实现基于在光路中插入一张经过设计的微透镜阵列，通过同时采集角度信息与强度信息来进行体积成像。然而，光场显微镜的三维成像能力以牺牲横向分辨率为代价。为了提高空间分辨率，基于波动光学提出了一种光场反卷积算法，但是在重建得到的深度层内，横向分辨率的分布并不均匀，只在某些特定深度层上分辨率较好，而在其他深度层上分辨率较差，这使得轴向有效视场较小，制约了其在观测中对于大体积高深度样本的应用。引起这一情况的原因是采样密度随着深度而变化。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种基于光场显微系统的光场三维重建方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于光场显微系统的光场三维重建方法，包括如下步骤：

A1：搭建光场显微装置，按光的传播路径依次设置显微标本、显微镜、微透镜阵列、相机；

A2：根据需求确定移动间隔，设定相机帧率与平移台移动速度，确定相机端扫描策略；

A3：根据微透镜分布对光场图像进行平移、裁剪与对齐；

A4：根据荧光显微镜成像过程中散粒噪声特性，得到多光场图像三维重建目标函数；

A5：目标函数加入先验作为正则项，进行最大后验估计；

A6：将多光场反向投影平均结果作为迭代初始值；

A7：利用梯度下降算法进行迭代重建，得到大深度下分辨率深度一致的三维体。

进一步地：

步骤A1中，将所述微透镜阵列与所述相机进行固定，并将所述相机沿轴向放置在电控平移台上。

步骤A2中，确定相机端扫描策略为：

D_cam＝M²D_sample

其中D_sample为物空间中深度方向上的采样间隔，优选取15-40μm，M为系统的放大倍数，D_cam为相机采样间隔距离。

步骤A2中，多图像采集过程中的采样间隔s、电控平移台移动速度v与相机帧率f满足：

v＝sf。

步骤A3中，对于分布均匀的微透镜阵列，根据连通域对单个微透镜进行划分得到中心微透镜与微透镜间距，以第一张光场图像作为基准对中心微透镜位置偏移量进行校准，并进行裁剪操作，使所有光场图像长宽一致并微透镜位置对齐。

步骤A4中，利用似然函数的KL散度作为损失函数：