一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法及系统，该方法包括：采集两个位置的物体图像和背景图像；根据物体图像和背景图像，将两个位置的物体图像进行归一化处理，选择归一化后的一个位置的物体图像为参照物体图像、另一个位置的物体图像为对照物体图像，将参照物体图像和对照物体图像进行图像精确配准，获得第三物体图像；根据第一迭代算法、第三物体图像和参照物体图像，计算参照物体图像对应位置的初始收敛相位分布；根据第二迭代算法、第三物体图像、参照物体图像以及参照物体图像对应位置的初始收敛相位分布，计算参照物体图像对应位置的最终收敛相位分布。实施本发明专利技术实施例，可以增强相位恢复的精确度、效率和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法及系统
本专利技术涉及光学
，具体涉及一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法及系统。
技术介绍
X射线相位衬度成像(X-rayphasecontrastimaging，XPCI)是一种X射线成像技术，利用X射线通过物体后发生的相移变化成像。基于不同的成像原理，目前有五种实现X射线相位衬度成像的技术，分别为：干涉法、衍射增强法、光栅剪切法、同轴相衬法以及编码孔径相衬成像法。同轴相衬成像装置最为简单，无需精密的光学元器件，可以基于实验室普通的微焦斑X射线源，利用X射线通过样品后在自由空间传播，基于菲涅耳衍射成像原理将相位信息转化为强度信息。同轴相衬成像可以增强图像的边缘亮度，从而提高了图像的对比度，但这种亮度的增强不是线性的，可能会呈现出错误的样品厚度或密度。然而，可以通过算法从获得的强度图中恢复出相位分布图，正确反应出样品的真实结构与组织特性，但对基于普通微焦斑X射线源的同轴相衬成像，想实现精确相位恢复非常困难。目前，同轴相衬成像的相位恢复方法有：解析算法(或线性近似算法)和迭代算法。解析算法是将非线性方程进行线性近似得到方程的解，计算效率高，但相位的解可能不稳定。此外，由于解析算法基于一定的假设和简化，不同的方法适用的范围不同、受限于成像物体组成或者受限于成像距离。迭代算法由于近似少，适用范围更广，且简单、灵活、结果稳定、精确。其中，基于傅里叶变换(Fouriertransform，FT)的迭代算法的效率高，但精度低，而基于盖师贝格-撒克斯通(GerchbergandSaxton)算法的精度高，但效率低。
技术实现思路
本专利技术公开了一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法及系统，用于增强相位恢复的精确度、效率和稳定性。本专利技术第一方面公开了一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法，包括：采集第一位置的物体图像以及所述第一位置的背景图像；采集第二位置的物体图像以及所述第二位置的背景图像；根据所述第一位置的物体图像和所述第一位置的背景图像，以及所述第二位置的物体图像和所述第二位置的背景图像，将采集的所述第一位置的物体图像和所述第二位置的物体图像进行归一化处理，选择归一化处理后的所述第一位置的物体图像为参照物体图像，选择归一化处理后的所述第二位置的物体图像为对照物体图像，将所述参照物体图像和所述对照物体图像进行图像精确配准，获得第三物体图像；根据第一迭代算法、所述第三物体图像和所述参照物体图像，计算所述第一位置的初始收敛相位分布；根据第二迭代算法、所述第三物体图像、所述参照物体图像以及所述第一位置的初始收敛相位分布，计算所述第一位置的最终收敛相位分布。本专利技术第二方面公开了一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复系统，包括：第一单元，用于采集第一位置的物体图像以及所述第一位置的背景图像；所述第一单元，还用于采集第二位置的物体图像以及所述第二位置的背景图像；第二单元，用于根据所述第一位置的物体图像和所述第一位置的背景图像，以及所述第二位置的物体图像和所述第二位置的背景图像，将采集的所述第一位置的物体图像和所述第二位置的物体图像进行归一化处理，选择归一化处理后的所述第一位置的物体图像为参照物体图像，选择归一化处理后的所述第二位置的物体图像为对照物体图像，将所述参照物体图像和所述对照物体图像进行图像精确配准，获得第三物体图像；第三单元，用于根据第一迭代算法、所述第三物体图像和所述参照物体图像，计算所述第一位置的初始收敛相位分布；第四单元，用于根据第二迭代算法、所述第三物体图像、所述参照物体图像以及所述第一位置的初始收敛相位分布，计算所述第一位置的最终收敛相位分布。本专利技术实施例中，采集第一位置的物体图像以及第一位置的背景图像；并采集第二位置的物体图像以及第二位置的背景图像；根据第一位置的物体图像和第一位置的背景图像，以及第二位置的物体图像和第二位置的背景图像，将采集的第一位置的物体图像和第二位置的物体图像进行归一化处理，选择归一化处理后的第一位置的物体图像为参照物体图像，选择归一化处理后的第二位置的物体图像为对照物体图像，将参照物体图像和对照物体图像进行图像精确配准，获得第三物体图像；根据第一迭代算法、第三物体图像和参照物体图像，计算第一位置的初始收敛相位分布；根据第二迭代算法、第三物体图像、参照物体图像以及第一位置的初始收敛相位分布，计算第一位置的最终收敛相位分布。本专利技术实施例中，在进行迭代计算前，先对采集的物体图像进行了图像精确配准，在进行迭代计算时，先用第一种迭代算法进行计算收敛相位分布，然后用该收敛相位分布为初始值继续用第二种迭代算法进行计算得到最终的收敛相位分布，可以增强相位恢复的精确度、效率和稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术第一实施例公开的一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法的流程图；图2是本专利技术第二实施例公开的另一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法的流程图；图3是本专利技术第三实施例公开的一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复系统的结构图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法及系统，用于增强相位恢复的精确度、效率和稳定性。以下分别进行详细说明。请参阅图1，图1是本专利技术第一实施例公开的一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法的流程图。其中，图1所示的基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法适用于X射线相衬成像系统。如图1所示，该基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法可以包括以下步骤。S101、采集第一位置的物体图像以及第一位置的背景图像。本专利技术实施例中，X射线相衬成像系统采集第一位置的物体图像以及第一位置的背景图像。本专利技术实施例中，采集的背景图像为无物体放置的亮场图像。S102、采集第二位置的物体图像以及第二位置的背景图像。本专利技术实施例中，X射线相衬成像系统采集第二位置的物体图像以及第二位置的背景图像。本专利技术实施例中，第二位置与第一位置是两个不同的位置，在采集图像时，X射线图像探测器与物体间的距离不同。S103、根据第一位置的物体图像和第一位置的背景图像，以及第二位置的物体图像和第二位置的背景图像，将采集的第一位置的物体图像和第二位置的物体图像进行归一化处理，选择归一化处理后的第一位置的物体图像为参照物体图像，选择归一化处理后的第二位置的物体图像为对照物体图像，将参照物体图像和对照物体图像进行图像精确配准，获得第三物体图像。本专利技术实施例中，X射线相衬成像系统根据第一位置的物体图像和第一位置的背景图像，以及第二位置的物体图像和第二位置的背景图像，将采集的第一位置的物体图像和第二位置的物体图像进行归一化处理，选择归一化处理后的第一位置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法，其特征在于，包括：采集第一位置的物体图像以及所述第一位置的背景图像；采集第二位置的物体图像以及所述第二位置的背景图像；根据所述第一位置的物体图像和所述第一位置的背景图像，以及所述第二位置的物体图像和所述第二位置的背景图像，将采集的所述第一位置的物体图像和所述第二位置的物体图像进行归一化处理，选择归一化处理后的所述第一位置的物体图像为参照物体图像，选择归一化处理后的所述第二位置的物体图像为对照物体图像，将所述参照物体图像和所述对照物体图像进行图像精确配准，获得第三物体图像；根据第一迭代算法、所述第三物体图像和所述参照物体图像，计算所述第一位置的初始收敛相位分布；根据第二迭代算法、所述第三物体图像、所述参照物体图像以及所述第一位置的初始收敛相位分布，计算所述第一位置的最终收敛相位分布。

【技术特征摘要】
1.一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复方法，其特征在于，包括：采集第一位置的物体图像以及所述第一位置的背景图像；采集第二位置的物体图像以及所述第二位置的背景图像；根据所述第一位置的物体图像和所述第一位置的背景图像，以及所述第二位置的物体图像和所述第二位置的背景图像，将采集的所述第一位置的物体图像和所述第二位置的物体图像进行归一化处理，选择归一化处理后的所述第一位置的物体图像为参照物体图像，选择归一化处理后的所述第二位置的物体图像为对照物体图像，将所述参照物体图像和所述对照物体图像进行图像精确配准，获得第三物体图像；根据第一迭代算法、所述第三物体图像和所述参照物体图像，计算所述第一位置的初始收敛相位分布；根据第二迭代算法、所述第三物体图像、所述参照物体图像以及所述第一位置的初始收敛相位分布，计算所述第一位置的最终收敛相位分布；其中，所述第一迭代算法为傅里叶变换算法，所述第二迭代算法为盖师贝格-撒克斯通算法或泊松分布算法。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集第一位置的物体图像以及所述第一位置的背景图像之前，还包括：设置射线源的优化工作参数以及探测器的工作模式。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：计算焦斑几何模糊光学传输函数；计算探测器响应的光学传输函数；将所述参照物体图像和所述第三物体图像进行去卷积处理；设置所述第一位置的初始相位分布；所述根据第一迭代算法、所述第三物体图像和所述参照物体图像，计算所述第一位置的初始收敛相位分布包括：根据第一迭代算法、去卷积后的第三物体图像和去卷积后的参照物体图像，计算所述第一位置的初始收敛相位分布；所述根据第二迭代算法、所述第三物体图像、所述参照物体图像以及所述第一位置的初始收敛相位分布，计算所述第一位置的最终收敛相位分布包括：根据第二迭代算法、所述去卷积后的第三物体图像、所述去卷积后的参照物体图像以及所述第一位置的初始收敛相位分布，计算所述第一位置的最终收敛相位分布。4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据第二迭代算法、所述第三物体图像、所述参照物体图像以及所述第一位置的初始收敛相位分布，计算所述第一位置的最终收敛相位分布之后，还包括：判断所述第一位置的最终收敛相位分布是否在物平面，若否，则用菲涅尔传播因子对所述第一位置的最终收敛相位分布进行去卷积处理，获得物体在物平面的最终收敛相位分布。5.一种基于混合迭代的同轴相衬成像相位恢复系统，其特征在于，包括：第一单元，用于采集第一位置的物体图像以及所述第一位置的背景...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂建保，郑海荣，陈垚，胡战利，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：