【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医学成像，特别涉及一种多焦面斜光片结构光三维点云重建方法、装置。
技术介绍
1、目前，各种打破光学衍射极限的超高分辨率光学显微成像方法相继被采用，这些超高分辨率成像方法按照其特点大致可分为两类：一种是有效减小点扩散函数的成像技术，比如受激辐射损耗荧光显微成像、基态损耗超分辨成像、饱和结构光照明显微成像等；另一种是基于单分子定位的成像技术，比如光活化定位显微成像和随机光学重构显微成像。
2、在基于单分子定位的三维成像技术中，通常使用柱面镜或者掩膜板，对荧光信号进行调制，使得拍摄到的图案随深度发生变化，从而根据图案信息恢复荧光分子的深度，实现三维定位。在柱面镜三维定位成像中，利用柱面镜带来的像散，使荧光分子在x和y方向上焦点不在同一位置，当荧光分子恰好位于两个焦点中间合适的位置时，成像时得到的光斑为对称的圆形，而在其他位置，成像光斑的强度分布为不同椭圆度的椭圆形。通过对成像光斑的椭圆度随聚焦深度的变化进行标定，根据成像光斑的椭圆度可以得到荧光分子距离聚焦平面的位置，并根据椭圆度是否超过1判断荧光分子位于聚焦平面的上方或下方。
3、然而上述基于像散的三维定位方法，在用于大体积样本扫描时，单次成像的重建厚度仅不到1um。另一方面，使用传统的光片显微镜进行细胞或亚细胞水平成像，往往只能用多角度成像，再进行反卷积后处理，数据量庞大，费时费力。
技术实现思路
1、为了解决现有的大体积样本扫描时单次重建厚度低的技术问题，本专利技术实施例提供了一种多焦面斜光
2、多焦面斜光片结构光三维点云重建方法包括：
3、将照明光以斜光片照射至样本上，所述样本随着位移台以一定步长移动，通过多个相机进行连续成像，获取所述多个相机拍摄采集的图像帧序列，所述多个相机的焦面平行，所述位移台的移动方向与所述多个相机的排列方向平行；
4、在多个所述图像帧序列中确定同一个荧光分子的成像光斑，采用二维高斯函数拟合所述成像光斑，获得所述荧光分子的质心坐标和标准差参数；
5、获取预设的标定曲线，根据所述标准差参数结合标定曲线，计算所述荧光分子的深度信息，获得所述荧光分子在相机坐标系中的三维坐标；
6、根据所述多个相机的焦面与水平方向的夹角，将所述三维坐标变换为正置三维坐标；
7、根据所述位移台的移动步长将所述正置三维坐标变换为全局三维坐标，重建所述多个相机的多个三维点云；
8、获取多相机配准文件，根据所述多相机配准文件对所述多个相机的多个三维点云进行配准，获得所述样本的三维点云深度图像。
9、进一步地，预设的标定曲线可以通过以下方法确定：
10、通过所述多个相机进行连续成像，获得样本在所述多个相机上的图像帧序列作为标定数据；
11、截取所述图像帧序列中同一个参照荧光分子的成像光斑，并利用二维高斯函数拟合获得所述参照荧光分子的成像光斑的标准差参数；
12、通过所述成像光斑的标准差参数与离焦深度的关系确定所述预设的标定曲线。
13、进一步地，通过所述成像光斑的标准差参数与离焦深度的关系确定所述预设的标定曲线，包括：
14、通过所述成像光斑的标准差参数确定所述成像光斑在x方向和y方向的方差参数；
15、拟合所述成像光斑在x方向和y方向的方差参数之差与离焦深度的关系曲线，作为所述预设的标定曲线。
16、进一步地，所述获取预设的标定曲线，根据所述标准差参数结合标定曲线，计算所述荧光分子的深度信息，包括：
17、获取预设的多条对应不同参照荧光分子的标定曲线和多条对应不同参照荧光分子的椭圆度曲线；
18、将所述标准差参数代入至所述预设的多条标定曲线中，得到多个深度信息；
19、将所述多个深度信息代入至所述椭圆度曲线中计算对应的椭圆度，将最接近拟合椭圆度的椭圆度对应的深度确定为所述荧光分子的深度。
20、进一步地，所述多相机配准文件可以通过以下方法确定：
21、将标准差参数之差绝对值最小的图像帧确定为所述成像光斑的聚焦帧；
22、根据所述成像光斑在所述聚焦帧中的质心坐标和位移台的移动步长确定所述多个相机的相对位置姿态，保存为多相机配准文件。
23、进一步地，所述多个相机的相对位置姿态包括轴向间距和横向间距，所述多个相机的轴向间距为所述聚焦帧之间的帧数差与所述移动步长的乘积，所述多个相机的横向间距为所述聚焦帧中的成像光斑的质心坐标之差。
24、进一步地，所述三维坐标通过公式变换为正置三维坐标：
25、x′＝x
26、y′＝ycos(a)-zsin(a)
27、z′＝ysin(a)+zcos(a)
28、其中，a为相机的焦面与水平方向的夹角。
29、进一步地，所述全局三维坐标为同一时刻的正置三维坐标与位移台的三维坐标之和，所述位移台的三维坐标通过初始位置坐标和移动步长确定。
30、进一步地，所述多相机配准文件包括所述多个相机在x方向上的相对位置参数、在y方向上的相对位置参数、在z方向上的相对位置参数，所述x方向上的相对位置参数和y方向上的相对位置参数为所述聚焦帧中的成像光斑的质心坐标之差，所述z方向上的相对位置参数为所述聚焦帧之间的帧数差与所述移动步长的乘积，所述多个相机的三维点云配准包括将所述全局三维坐标中x方向的坐标值与所述x方向上的相对位置参数相加、将所述全局三维坐标中y方向的坐标值与所述y方向上的相对位置参数相加、将所述全局三维坐标中z方向的坐标值与所述z方向上的相对位置参数相加。
31、进一步地，所述多焦面斜光片结构光三维点云重建装置包括：
32、图像采集模块，用于将照明光以斜光片照射至样本上，所述样本随着位移台以一定步长移动，通过多个相机进行连续成像，获取所述多个相机拍摄采集的图像帧序列，所述多个相机的焦面平行，所述位移台的移动方向与所述多个相机的排列方向平行；
33、光斑拟合模块，用于在多个所述图像帧序列中确定同一个荧光分子的成像光斑，采用二维高斯函数拟合所述成像光斑，获得所述荧光分子的质心坐标和标准差参数；
34、深度计算模块，用于获取预设的标定曲线，根据所述标准差参数结合标定曲线，计算所述荧光分子的深度信息，获得所述荧光分子在相机坐标系中的三维坐标；
35、坐标正置模块，用于根据所述多个相机的焦面与水平方向的夹角，将所述三维坐标变换为正置三维坐标；
36、坐标变换模块，用于根据所述位移台的移动步长将所述正置三维坐标变换为全局三维坐标，重建所述多个相机的多个三维点云；
37、相机配准模块，用于获取多相机配准文件，根据所述多相机配准文件对所述多个相机的多个三维点云进行配准，获得所述样本的三维点云深度图像。
38、本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，所述多焦面斜光片结构光三维点云重建方法包括：
2.根据权利要求1所述的多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，所述预设的标定曲线可以通过以下方法确定：
3.根据权利要求2所述的多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，通过所述成像光斑的标准差参数与离焦深度的关系确定所述预设的标定曲线，包括：
4.根据权利要求1所述的多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，所述获取预设的标定曲线，根据所述标准差参数结合标定曲线，计算所述荧光分子的深度信息，包括：
5.根据权利要求2所述的多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，所述多相机配准文件可以通过以下方法确定：
6.根据权利要求5所述的多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，所述多个相机的相对位置姿态包括轴向间距和横向间距，所述多个相机的轴向间距为所述聚焦帧之间的帧数差与所述移动步长的乘积，所述多个相机的横向间距为所述聚焦帧中的成像光斑的质心坐标之差。
7.根据权利要求1所述的多
8.根据权利要求1所述的多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，所述全局三维坐标为同一时刻的正置三维坐标与位移台的三维坐标之和，所述位移台的三维坐标通过初始位置坐标和移动步长确定。
9.根据权利要求6所述的多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，所述多相机配准文件包括所述多个相机在x方向上的相对位置参数、在y方向上的相对位置参数、在z方向上的相对位置参数，所述x方向上的相对位置参数和y方向上的相对位置参数为所述聚焦帧中的成像光斑的质心坐标之差，所述z方向上的相对位置参数为所述聚焦帧之间的帧数差与所述移动步长的乘积，所述多个相机的三维点云配准包括将所述全局三维坐标中x方向的坐标值与所述x方向上的相对位置参数相加、将所述全局三维坐标中y方向的坐标值与所述y方向上的相对位置参数相加、将所述全局三维坐标中z方向的坐标值与所述z方向上的相对位置参数相加。
10.一种多焦面斜光片结构光三维点云重建装置，其特征在于，所述多焦面斜光片结构光三维点云重建装置包括：
...【技术特征摘要】
1.一种多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，所述多焦面斜光片结构光三维点云重建方法包括：
2.根据权利要求1所述的多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，所述预设的标定曲线可以通过以下方法确定：
3.根据权利要求2所述的多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，通过所述成像光斑的标准差参数与离焦深度的关系确定所述预设的标定曲线，包括：
4.根据权利要求1所述的多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，所述获取预设的标定曲线，根据所述标准差参数结合标定曲线，计算所述荧光分子的深度信息，包括：
5.根据权利要求2所述的多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，所述多相机配准文件可以通过以下方法确定：
6.根据权利要求5所述的多焦面斜光片结构光三维点云重建方法，其特征在于，所述多个相机的相对位置姿态包括轴向间距和横向间距，所述多个相机的轴向间距为所述聚焦帧之间的帧数差与所述移动步长的乘积，所述多个相机的横向间距为所述聚焦帧中的成像光斑的质心坐标之差。
7.根据权利要求1所述的多焦...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。