用于增强图像质量的方法、设备和系统技术方案

提供了一种用于增强图像的图像质量的方法、设备和系统。在一个方面中，所述方法包括利用与成像设备相关联的光源来照射样品。此外，所述方法包括针对来自照射样品的光波在成像设备的传感器平面处模拟透射波。此外，所述方法包括基于透射波来确定与光波相关联的相位和幅度信息。所述方法还包括基于相位和幅度信息来确定与成像设备相关联的至少一个显微镜传递函数。此外，所述方法包括在迭代过程中基于至少一个显微镜传递函数使用Zernike函数来生成修改的显微镜传递函数，以及使用修改的显微镜传递函数来增强与图像相关联的图像质量。微镜传递函数来增强与图像相关联的图像质量。微镜传递函数来增强与图像相关联的图像质量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强图像质量的方法、设备和系统


[0001]本专利技术涉及用于处理图像的方法、设备和系统。特别地，本专利技术涉及用于增强图像的图像质量的方法、设备和系统。

技术介绍

[0002]傅立叶叠层显微术(Fourier Ptychography Microscopy)(FPM)是一种用于在不损害视场的情况下增强图像的分辨率的显微术技术。这是通过在多个角度处照射样品并且随后在傅立叶域中拼接在每次照射期间获取的图像信息来实现的。为了使图像重建准确，显微镜传递函数的知识是必不可少的。显微镜传递函数考虑了与成像设备中的透镜组装件相关联的光学像差。这样的显微镜传递函数被称为傅立叶域中的光瞳函数(pupil function)。目前，获得光瞳函数的先验知识是困难的，因为光瞳函数取决于像差、旋转、位置和焦点对准以及感兴趣的区域相对于要在图像中捕获的整个视场的位置。
[0003]当前，诸如嵌入式光瞳恢复(EPRY)之类的方法采用连同样品表示同时估计光瞳函数的方法。然而，与具有高角度照射和传感器噪声的图像相关联的低信噪比导致了在EPRY方法中恢复的光瞳函数中的噪声。这可能影响图像重建。此外，拼接范例在所恢复的光瞳函数中引入了散斑伪影(speckle artifacts)，随后影响图像重建的质量和收敛的速度。因此，存在对一种使得能够有效去除伪影并且减轻光瞳函数恢复中的噪声的方法、设备和系统的需要。
[0004]因此，本专利技术的目的是提供一种使得能够增强图像中的图像质量的方法、设备和系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术通过一种增强图像的图像质量的方法来实现该目的。在实施例中，该方法包括利用与成像设备相关联的光源来照射样品。成像设备可以是例如傅立叶叠层显微镜。成像设备可以包括例如放置在离散位置处的一个或多个可控光源、镜筒透镜(tube lens)、一个或多个物镜、以及图像捕获模块。光源可以被配置成发射具有预定义波长分布并且以多个角度的光，使得样品以多个角度被照射。样品可以包括可能需要放大可视化的任何对象。在实施例中，样品的多个图像可以以不同的角度被捕获，并且由此获得的信息可以被用于合成样品的最终表示(在实施例中是在傅立叶域中)。该方法进一步包括在成像设备、特别是图像捕获模块的传感器平面处模拟透射波。可以使用对应于由光源发射的照射样品的光波的前向显微成像模型来模拟该波。前向显微成像模型可以包括例如光波的傅立叶变换。傅立叶变换被应用于与光波相关联的函数，以将它们分解成与空间频率相关联的函数。逆公式范式(inverse formulation paradigm)使得能够标识与成像设备相关联的显微镜传递函数和样品光谱。样品光谱包括样品焦平面处的相位和幅度信息。显微镜传递函数可以是例如成像设备的光瞳函数。在实施例中，可以使用嵌入式光瞳函数恢复(EPRY)算法来确定与成像设备相关联的显微镜传递函数。
[0006]该方法进一步包括基于透射波来确定与光波相关联的相位和幅度信息。在实施例中，还可以模拟透射波的逆公式。波的逆公式使得能够将与空间频率相关联的函数转换成与光波相关联的函数，即光波的函数从傅立叶域被反转到空间域。根据逆公式，确定与成像设备相关联的至少一个显微镜传递函数。
[0007]此外，该方法包括基于从逆公式确定的至少一个显微镜传递函数来生成修改的显微镜传递函数。可以使用Zernike函数来修改显微镜传递函数。Zernike函数是单位圆上连续且正交的多项式的序列。正交多项式出现在具有圆形光瞳的光学系统的波前函数的展开式中。
[0008]该方法进一步包括使用修改的显微镜传递函数来增强与图像相关联的图像质量。在实施例中，图像的图像质量可以通过将修改的显微镜传递函数馈送到在成像设备的传感器平面处模拟新的透射波的过程来增强。在进一步的实施例中，修改的显微镜传递函数可以被馈送到恢复过程的前向模拟步骤，其中在成像设备的传感器平面处模拟新的透射波或传播波。恢复过程可以迭代地继续，直到获得充分分辨且无噪声的图像。有利地，减少了所恢复的光瞳函数中的噪声。因此，增强了图像的质量。
[0009]根据实施例，生成修改的显微镜传递函数包括：将与显微镜传递函数相关联的幅度和相位信息分解成Zernike函数。Zernike函数可以包括Zernike径向模式和相关联的Zernike角度模式。这些Zernike模式可以表示多个像差，诸如散焦、散光、彗差等。在实施例中，用于Zernike函数的基础集合可以被限制/截断成36个或更少，以便保留光瞳函数中的重要模式，同时消除来自光瞳函数的噪声。可以对所截断的Zernike模式应用基于相对重要性的阈值化。该方法进一步包括通过使用阈值化和截断的Zernike系数的逆Zernike变换来恢复光瞳的幅度和相位，并且因此恢复修改的显微镜传递函数。有利地，Zernike函数使得能够有效去除在逆公式过程期间显微镜传递函数中累积的噪声因子。
[0010]根据另一实施例，模拟透射波包括初始化与成像设备的显微镜传递函数和样品光谱相关联的第一猜测。例如，可以使用放大的(upscaled)低角度明场低分辨率图像来生成样品光谱的第一猜测。与显微镜传递函数和样品光谱相关联的第一猜测可以用于在成像设备的传感器平面处模拟透射波。在进一步的实施例中，透射波可以是低分辨率波。有利地，通过迭代地最小化所测量的与所模拟的强度/幅度之间的损失，使得能够确定与成像设备相关联的实际显微镜传递函数和样品光谱。
[0011]根据实施例，确定与成像设备相关联的至少一个显微镜传递函数包括标识与样品的图像相关联的强度。例如，可以基于从成像设备获得的图像的像素分析来测量强度。例如，可以执行直方图分析来获得强度测量。该方法进一步包括基于图像的所测量强度来计算强度约束。强度约束可以是通过首先应用逆傅立叶变换而被应用于空间域中的所模拟波的强度校正。特别地，强度约束被应用，其中所模拟的透射波的模数(modulus)被利用照射波矢量捕获的真实强度测量的平方根所代替。此外，该方法包括通过将强度约束应用于所模拟的透射波来生成更新的波。该方法进一步包括将傅立叶变换应用于更新的波，并且使用更新的波的傅立叶变换来确定至少一个显微镜传递函数。有利地，所确定的显微镜传递函数被进一步用于使用Zernike函数来生成更新的显微镜传递函数。因此，增强了图像的质量。
[0012]本专利技术的目的还通过一种用于增强图像的图像质量的成像设备来实现。该设备包
括被配置成捕获多个图像的成像模块、一个或多个处理单元、以及耦合到一个或多个处理单元的存储器。存储器包括图像处理模块，该图像处理模块被配置成执行如上所述的方法步骤。
[0013]在另一方面中，本专利技术涉及一种用于增强图像的图像质量的系统。根据实施例，该系统包括一个或多个一个或多个服务器、以及耦合到一个或多个服务器的成像设备。一个或多个服务器包括指令，该指令在被执行时使得一个或多个服务器执行如上所述的方法步骤。
[0014]在一个方面中，本专利技术涉及一种包括计算机程序的计算机程序产品，该计算机程序可加载到系统的存储单元中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种增强图像的图像质量的方法，所述方法包括以下计算机实现的步骤：利用与成像设备相关联的一个或多个光源来照射样品，其中所述一个或多个光源被放置在离散位置处；在所述成像设备的传感器平面处测量与来自所述一个或多个光源的光波相关联的强度；针对所述光波在所述成像设备的传感器平面处模拟透射波；基于所模拟的透射波和所测量的光波的强度，在与所述成像设备相关联的样品平面处确定与所述光波相关联的相位和幅度信息；基于所述相位和幅度信息来确定与所述成像设备相关联的至少一个显微镜传递函数；基于所述至少一个显微镜传递函数，使用Zernike函数来生成修改的显微镜传递函数；以及使用修改的显微镜传递函数来增强与所述图像相关联的图像质量。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述显微镜传递函数是与所述成像设备相关联的光瞳函数。3.根据权利要求1所述的方法，其中生成修改的显微镜传递函数包括：将与所述显微镜传递函数相关联的幅度和相位信息分解成Zernike函数；将所述Zernike函数截断成36个或更少的函数；将Zernike函数阈值化；以及恢复所述幅度和相位信息以生成修改的显微镜传递函数。4.根据权利要求1所述的方法，其中使用修改的显微镜传递函数来增强与所述图像相关联的图像质量包括：应用修改的显微镜传递函数以在所述成像设备的传感器平面处模拟传播波。5.根据权利要求1所述的方法，其中模拟透射波包括：初始化与所述成像设备的所述显微镜传递函数和样品光谱相关联的第一猜测；以及基于与所述成像设备的所述显微镜传递函数和样品光谱相关联的第一猜测来模拟透射波。6.根据权利要求1所述的方法，其中确定与所述成像设备相关联的至少一个显微镜传递函数包括：在所述成像设备的传感器平面处测量与源自所述成像设备的光源的光波相关联的强度；基于所述成像设备的传感器平面处的光的所测量强度来计算强度约束；使用所述强度约束来生成更新的波；将傅立叶变换应用于更新的波；以及更新至少一个显微镜传递函数和样品光谱。7.一种成像设备，包括：成像模块，其被配置成捕获多个图像；一个或多个处理单元；以及存储器，其耦合到所述一个或多个处理单元，所述存储器包括图像处理模块，所述图像处理模块被配置用于：
利用与成像设备相关联的一个或多个光源来照射样品，其中所述一个或多个光源被放置在离散位置处；在所述成像设备的传感器平面处测量与来自所述一个或多个光源的光波相关联的强度；针对所述光波在所述成像设备的传感器平面处模拟透射波；基于所模拟的透射波和所测量的光波的强度，在与所述成像设备相关联的样品平面处确定与所述光波相关联的相位和幅度信息；基于所述相位和幅度信息来确定与所述成像设备相关联的至少一个显微镜传递函数；基于所述至少一个显微镜传递函数，使用Zernike函数来生成修改的显微镜传递函数；以及使用修改的显微镜传递函数来增强与所述图像相关联的图像质量。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：美国西门子医学诊断股份有限公司，
类型：发明
国别省市：