快速图像重构方法技术

本发明专利技术提出了一种快速图像重构方法，事先通过傅立叶域光学相干层析系统特性对波长信息进行提取，得到一组在波数空间中均匀分布的波长向量，从而得到这个波长向量在ＣＣＤ中的虚拟位置系数，由离散傅立叶变换补零插值传递函数产生加权系数矩阵，在系统运行时，由加权系数矩阵和采集到的数据进行插值或者对加权系数矩阵进行加窗截断后和采集到的数据进行插值，得到所要求的插值数据。本发明专利技术方法简单、易于实现，能够提高傅立叶域光学相干层析数据处理的精度和速度，提高了傅立叶域光学相干层析系统的实时图像重构能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，在所述 中，采用了一种新型的、可用于傅立叶域光学相干层析等有插值需要 的仪器的可变插值间隔的插值方法以及基于一切可利用的窗函数进 行加窗截断的可变插值间隔的插值方法，从而实现快速图像重构。
技术介绍
在快速图像重构领域，傅立叶域光学相干层析系统是一种新型的非 接触、高分辨率的光学探测系统，它通过光学干涉的方法对目标进行纵 向扫描，最后通过二维或三维重建，得出目标的结构信息、多普勒信息 以及偏振信息，因此它可广泛应用于医学成像、各种工业损伤探测之中。傅立叶域光学相干层析技术中，参考光和信号光在光学分光器3中形成 干涉，干涉信号由衍射光栅9进行分光，由透镜10聚焦到线扫描CCD11 上，由CCD11将模拟信号转换为数字信号，如图2，光谱仪8由衍射光 栅9，透镜10和线扫描CCD11构成；CCD11采集到的光栅出射波长按波 长线性分布，但数据重建要求波长信息在k空间中线性分布，需要对数 据进行插值。傅立叶域光学相干层析系统中可用于快速图像重构的插值 方法有多种，如离散傅立叶变换补零插值，B样条拟合，直接线性插值 等，而大多数的傅立叶域光学相干层析系统采用离散傅立叶变换补零插 值和直接线性插值相结合的方法，即N点数据通过离散傅立叶变换运算 之后，产生N点的频率域数据，在高频点补充M—N点的零值，产生M4N+N 的数据，然后通过反傅立叶变换得到M柳+N点的数据，其中，M为补零 的倍数，最后采用线性插值的方法得到N点的插值数据。由傅立叶域光 学相干层析系统扫描采集的一组数据向量；={^12,......,xj，根据传统的离散傅立叶变换补零插的步骤为1)将数据进行离散傅立叶变换，得到一组新数据-4S 〃2)对新数据进行补零插值，得到M倍补零后的数据 0, 其他X2(/)=0SK^~-1 2(M + l)*7V_^K(M + l)*iV_l3) 对M倍补零后的数据进行离散傅立叶逆变换，得到拓展了 M+l 倍后的数据；4) 对拓展后的数据根据线性分布K空间进行线性插值，可以得 到插值后的数据。这种方法简单，成熟，但具有运算量大，远远达不到实时图像重构 的要求，插值间隔与插值精度由补零倍数M固定，不能随意改变插值间 隔等缺点，并且由于进行离散傅立叶变换补零插值后再进行线性插值， 因而插值精度也受到了影响，这些局限性严重制约了傅立叶域光学相干 层析系统的快速图像重构应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有傅立叶域光学相干层析技 术的插值方法中插值精度低、运算速度慢，插值间隔固定且不能任意 改变等问题，本专利技术提供一种，其中采用了一种新 型的插值方法，该方法精度高，运算速度快，并具有可变的插值精度和 插值间隔等特点，能有效得提高傅立叶域光学相干层析系统的运算速度 和插值精度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是用于傅立叶域光学 相干层析技术中可变插值间隔的插值方法以及利用一切可利用的窗 函数进行加窗截断的可变插值间隔的插值方法。其特征在于以下步 骤1)衍射光栅9通过透镜10映射在像素点为N的线扫描CCD11上 的波长采用光谱仪准确标定，得到一组与CCD11中每个像素对应的均5匀分布的波长向量1=^,义2,.......,^}，波长差为AA，波长向量在CCDll上的实际位置系数为/Jex 1 = " = 1,2,......, W ;2)由第一个波长^和最后一个波长^，利用公式* = 2冗/义可以得 到CCD11首尾两像素点的波数《=2"^和^=2;^/、，利用《和&组成 一个长度为 N 的线性分布的波数向量 P = —1); = 1,2,......,]^，利用公式义=^反算出相应的波长向量《={《=^， " = 1,2, A:二对应的义在,7V}，从而利用AA可以计算出每个波数K CCD 11 中的虚拟位置系数/";2 = { =^^ + 1; " = 1,2,......，AA} ( 或 者△/I/丄2 = { =^^; " = 1,2,……,W);3)由CCD11采集的数据为实数、以及实信号在离散傅立叶变换 中厄米对称的特点，在离散傅立叶变换的过程中，在高频点增加一些数据点，即0^/2其他(M + l"W-f2/S(M + l"iV-l0,J,(/-層)，由此，得到 一 个改进的离散傅立叶变换补零插值传递函数，将 /"lxl = {";" = 1,2，……和+ 1; " = 1，2,……,W ( 或 者-;"=1,2,......)中不同的位置"和 依次代入r,("," = i+》osLy("-;)/"ofex2 =化皿 (2;r2T(",0 = l + J>s ^到中产生一个N*N的加权系数矩阵1/Vw"0，这样，对插值加权系数的处理完成；4)傅立叶域光学相干层析系统中的CCD11采集一组纵轴扫描数 据向量x-"A,......，进行数据插值，可到插值后的数据;c' = {x、,,x、2,......，xvW}。其计算公式如下可以用一切可利用的窗函数对加权过程进行截断，根据窗长和<formula>formula see original document page 7</formula>Max，利用公式.，W ( 或 者获得插值起始位置Min和结束位置￡ -倫)对原始数据进行插值，其中『(*)为所需加窗的窗函数，加窗窗长为L， 从而提高新插值方法的运算速度。在傅立叶域光学相干层析数据处理时，可以用一切可利用的窗函 数对加权系数进行截断，将加权系数//^( )中的数据进行加窗截断，减少数据处理的数据处理长度和数据处理量。其计算公式如下公式中^(*)为一切可利用的加窗函数，插值运算起始位置Min和结束 位置Max 由加窗窗长L和虚拟位置系数/";2 = = A" — A +1; " = 1，2,……,W ( '、 ''a乂 "=1,2,……得到，.而提高可变插值间隔插值运算的处理速度，而且可以将加权系数存储在计算机中，方便运算时 调用，避免重复计算。另外，基于傅立叶变换过程中的能量守恒定律，可以对傅立叶补零插值进行如下修改<formula>formula see original document page 7</formula> 其他<formula>formula see original document page 7</formula>相应地，由此得到改进后的傅立叶插值补零传递函数<formula>formula see original document page 7</formula>以及相应的加权系数矩阵o 。另外，基于傅立叶变换过程中的和相等，也可以对傅立叶补零插 值进行如下修改会，， 0,会，，2'一T其他/= (M + 1)*tV-(a/+i)*7v—鲁《.《(m + i";v-i，相应地，由此得到改进后的傅立叶插值补零传递函数W2 「2tt ) 、i7T70,J = 1 +cos——-cos、 以及 ,=i 、 W 乂相应的加权系数矩阵/^.^,0 。本专利技术与现有技术相比有如下优点1. 可在事前提取波长和波数信息，构造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速图像重构方法，包括以下步骤：　　对衍射光栅（９）通过透镜（１０）映射在像素点为Ｎ的线扫描ＣＣＤ（１１）上的波长进行准确标定，得到一组在波长空间中均匀分布的波长向量＊↓［１］＝｛λ↓［１］，λ↓［２］，……，λ↓［Ｎ］｝，波长差为Δλ，波长向量在ＣＣＤ（１１）上的实际位置系数为＊＝｛ｎ；ｎ＝１，２，……，Ｎ｝　　将在波数空间中、均匀分布在与最短波长λ↓［１］相对应的波数和与最长波长λ↓［Ｎ］相对应的波数之间的波数向量转换为一组在波长空间中非均匀分布的波长向量＊↓［２］＝｛λ↓［１］′，λ↓［２］′，……，λ↓［Ｎ］′｝并根据上述波长差Δλ，得到波长向量＊↓［２］的各个波长在ＣＣＤ（１１）中的虚拟位置系数＊＝｛ｓ↓［ｎ］；ｎ＝１，２，……，Ｎ｝；　　根据补零插值传递函数ＴＦ（ｎ，ｓ↓［ｎ］），由＊＝｛ｎ；ｎ＝１，２，……，Ｎ｝和＊＝｛ｓ↓［ｎ］；ｎ＝１，２，……，Ｎ｝，产生一个Ｎ＊Ｎ的加权系数矩阵Ｈ↓［Ｎ＊Ｎ］（ｎ，ｓ↓［ｎ］）；　　在ＣＣＤ（１１）采集到一组数据向量ｘ＝｛ｘ↓［１］，ｘ↓［２］，……，ｘ↓［Ｎ］｝时，利用加权系数矩阵Ｈ↓［Ｎ＊Ｎ］（ｎ，ｓ↓［ｎ］），对数据向量ｘ＝｛ｘ↓［１］，ｘ↓［２］，……，ｘ↓［Ｎ］｝进行插值处理，得到插值后的数据ｘ′（ｓ↓［ｎ］）＝｛ｘ′↓［ｓ１］，ｘ′↓［ｓ２］，……，ｘ′↓［ｓＮ］｝；以及　　对插值后的数据ｘ′（ｓ↓［ｎ］）＝｛ｘ′↓［ｓ１］，ｘ′↓［ｓ２］，……，ｘ′↓［ｓＮ］｝进行离散傅立叶变换，实现图像重构。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：史国华，李喜琪，魏凌，张雨东，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]