基于Markov随机场的自适应正则化三维显微图像复原

提出了基于马尔可夫随机场模型的正则化因子自适应调整三维显微图像复原算法,并用模拟序列样本和真实生物样本进行了实验.为了保持复原图像的边缘等细节信息,以Markov随机场模型作为图像的先验概率模型,对代价函数添加边缘约束惩罚项.其中,正则化因子在迭代过程中自适应地进行更新.实验结果表明此算法在对原始图像进行估计的同时,能够有效地保留图像的边缘等细节信息.而EM算法虽然能够有效地去除层间干扰,却丢失了大量的细节信息.     

高空间分辨率高可见度的太赫兹光谱成像研究

太赫兹光谱成像,不但包括在二维图像空间的强度信息,同时可以得到太赫兹波段的光谱信息,构成了一个三维的数据矩阵。由于受到太赫兹成像系统内部硬件的限制和影响,太赫兹频域较高频段处信号存在能量弱、信噪比低的特点,导致所成的太赫兹图像普遍存在分辨率低、对比度低等问题。因此,利用三维数据矩阵,应用适合的算法,实现了提高太赫兹光谱成像空间分辨率、边缘细节可见度的目的。搭建了三维可移动式太赫兹时域光谱成像系统,实现了对标准高分辨率板的二维扫描。对该系统所采集到的信号分别进行时域、频域等多种方式成像对比,结合瑞利判据和分辨率标尺对成像系统的空间分辨率、景深进行标定,研究了提高太赫兹光谱成像的空间分辨率算法。然后,针对太赫兹频域高频区域信噪比低、对比度低、噪声原因复杂的特点,结合深度残差学习的图像去噪理论,提出了太赫兹图像深度去噪网络,在训练集中引入成像系统中真实的“太赫兹残差噪声”。最后,利用所训练出的模型对太赫兹频域高频区域图像进行盲去噪,并用重建图像分别与原始成像结果和传统太赫兹去噪算法结果进行比较,分别从主观和客观两个方面评价了不同算法对太赫兹频域高频图像的去噪效果。实验结果表明,通过该算法实现...     

基于代数重建算法的高能电子三维成像研究

本工作将代数重建算法应用于新兴发展的高能电子成像技术开展三维成像研究,实现对样品靶物质内部结构信息的精确诊断。通过蒙特卡罗程序及粒子追踪程序模拟高能电子成像过程,包括电子束与靶物质相互作用过程,获得样品靶物质成像角度下的高能电子二维成像结果。利用代数迭代重建ART(Algebraic Reconstruction Technique)算法和滤波反投影算法分别进行了高能电子三维成像仿真测试,重建出靶物质的三维图像,并将两种算法重建的断层图像用图像评价指标进行了定量对比分析。结果表明:在投影角度数为180个的条件下,ART的重建结果更接近靶物质原图,能有效抑制伪影,图像保真度较高。为进一步验证模拟结果,展开了实际实验,得到的结论与模拟结果相同。本研究结果为后续高能电子三维成像重建算法的优化提供了依据。     

基于COSM的三维显微图像复原算法研究

光学分层显微成像技术(COSM)不仅可用于去除非聚焦层杂散光的影响以及噪声的干扰,而且能复原样本的清晰三维像,将成为提取微流体的三维温度和速度场分布信息的有效工具.本文研究了基于已知点扩展函数的6种COSM成像算法,详细讨论了6种COSM成像算法的原理和实现,构造了三维样本图像和点扩展函数模型,并对复原结果进行了分析....     

基于分类映射的真三维显示深度抗锯齿算法

针对现有的多层抗锯齿技术在成像深度方向陡峭的三维(3D)图像时出现深度不连续的问题,提出了一种基于分类映射的真三维深度抗锯齿算法。鉴于固态体积式真三维成像是三维曲面的特点,通过分析YOZ(或XOZ)平面截取三维曲面所生成的二维曲线,提出了符合人类立体视觉特性的、基于相邻多层映射的体素分解方法,以及体素映射类型的判定算法。通过原始体素的自适应分类映射,可以在一定程度上扩大深度连续条件下的偏轴观看角度。在搭建的固态体积式真三维立体显示系统上测试三维成像,在较大的偏轴观看角度(约45°)下多数三维成像在深度方向过渡平滑,可以获得较好的深度连续性。     

基于CCD采集的Mach-Zehnder干涉条纹图的处理算法

Mach-Zehnder干涉仪适用于研究气体密度迅速变化的状态。由于气体折射率的变化与其密度的变化成正比,而折射率的变化将使通过气体的光线有不同的光程,因此可通过干涉臂变化对干涉条纹图像效果的影响得到气体密度。实测中,采用图像采集卡和CCD来接收Mach-Zehnder干涉仪产生的条纹图像,再通过计算机对条纹图像的条纹间距进行处理,从而得到气体密度的变化状态。从光干涉理论出发,对Mach-Zehnder干涉条纹图像特征进行了分析,建立了Mach-Zehnder干涉条纹的数学模型,并根据此模型设计了处理Mach-Zehnder干涉条纹图像的算法。算法包括图像的预处理(即图像的噪声提取)、图像的二值化及图像的细化。     

一种基于编码孔径成像原理的三维成像方法

三维成像技术因其应用广泛而备受关注。根据编码孔径成像的基本原理,提出了一种非相干可见光三维成像方法。这种两步成像方法的第一步采用空间位置编码的照相机阵列对物体拍照,在第二步中,首先将照相机阵列拍照得到的物体照片根据拍照时的位置关系合成为一幅图像,然后采用计算机程序模拟光学反投影解码方法解码再现出物体不同深度的表面分层图像。设计了初步的实验,该实验采用1部照相机依次在各编码位置对物体模型拍照,编码形式是包含9个点的无冗余阵列形式,物体模型只包含2个深度层次,布置在距离照相机阵列1.5m的地方。实验得到了信噪比较高的物体模型的分层解码图像,验证了这种三维成像方法的可行性。     

基于先验组分的多谱CT序列DCM融合算法研究

多谱CT成像是通过不同谱段的CT图像表征检测对象中的不同组分。为了便于在同一视图中显示所有组分的信息，需要研究多谱CT序列的融合方法；但是常用融合方法如加权平均法、小波变换融合法等都是针对图像细节信息的优化，不能表达组分的物理特性，从而导致融合图像的灰度不具有物理表征性，影响CT的定量检测。为此，结合具有物理表征特征的数据约束模型(DCM)，开展了基于先验组分的多谱CT序列DCM融合算法研究。首先通过能谱滤波分离的成像方法获得多个能谱范围内的多能投影数据，采用TV-OSEM算法重建不同能谱段的CT序列；其次，利用传统DCM模型和改进DCM模型分别对多谱CT序列进行融合，传统DCM模型是严格单能的，由于滤波后能谱的非严格单能特性，其融合结果不能表征出对象序列中的全部组分。针对此问题提出了改进DCM模型。改进DCM模型选择了新的体元定义，并且在多谱CT序列融合中引入先验组分作为参照，通过先验物质对融合结果中其他物质进行校准，实现检测对象中各组分位置的准确分布。仿真实验表明，该方法可从物理表征正确性的角度，实现多谱CT序列融合，在满足CT序列中不同组分区分的同时，其融合图像的灰度具有物理可参照性，有利于后续的CT定量检测。     

基于光热光学相干层析技术的肿瘤组织三维成像

将光热光学相干层析(PT-OCT)成像技术应用于肿瘤组织的三维成像。为了抑制噪声和增强图像对比度,提出互相关提取信号并计算平均幅值求解光程差成像的算法。在验证实验中,先后对琼脂样品和鼠耳模型进行成像。与普通OCT、基于相位差分算法的PT-OCT相比,本文方法可以很好地对鼠耳进行成像,能观察到更多的毛细血管,并且层析图也有更理想的成像效果。在肿瘤模型成像实验中,本文方法可以对4mm×4mm×3mm的范围进行三维成像,并且可以从不同角度和不同的切面对三维PT-OCT图像进行观察,能够清楚地辨别其中的毛细血管分布。PT-OCT具有方便快速、非入侵、高分辨率、三维立体成像等优势,能为肿瘤临床诊断和治疗提供参考。     

基于非均匀快速傅里叶变换的干涉合成孔径显微算法

在频域光学相干层析(SDOCT)系统中,样品仅在焦深范围内有高横向分辨率,在焦外分辨率降低。干涉合成孔径显微术(ISAM)是一种三维图像重构算法,可以改善离焦区的图像模糊状况,达到在所有成像深度中都可以获得焦平面处横向分辨率的效果,同时可以解决SDOCT中系统的横向分辨率和成像深度之间的矛盾。介绍了ISAM重构算法的原理和适用的范围,对比分析了传统SDOCT成像算法和经过ISAM重构算法处理的成像图像结果。将非均匀快速傅里叶变换引入ISAM算法,实验结果表明该方法极大地节省了运算时间,提升了实时成像高分辨率SDOCT系统的性能。     

界面折射率不一致对显微成像穿透深度的限制

在运用共焦显微术及低相干显微成像术等进行光学断层成像时,要将光束聚焦到样品内部以便实现光学断层成像,然而由于生物组织等的折射率与盖玻璃以及浸液不同,因而会引入很大的球差,从而使入射电磁波发生畸变.分析了由于多层折射率不一致而引入的球差的大小,并运用所得的公式计算了折射率不一致对光在样品中穿透深度及焦面附近光场分布的影响.     

一种基于高斯混合模型的改进EM算法研究

 针对传统EM算法存在估计参数不具有最优性,以及在参数估计中需要人工参与等问题,提出一种基于高斯混合模型的改进EM算法。采用无人工参与的无监督思想,获取高斯混合模型对直方图拟合的最优参数组合。实验表明,该算法不仅能够快速地估计模型参量,而且能够给出最优参数,并在图像增强中使细节更明显,对比度更适中。     

基于结构特征引导滤波的深度图像增强算法研究

为了解决深度图像中存在的图像模糊、空洞和噪声等图像质量问题,拟从软件的角度出发,在不改变传感器成像系统物理结构的前提下,基于结构特征并以彩色图像作为引导展开研究,实现深度图像增强和空洞修补的目的,提高深度图像的质量。通过对彩色图像和深度图像的结构特征进行提取,得到共性的全局特征,并对得到的结构特征进行联合双边滤波,最后基于马尔科夫随机场的方法进行深度图像增强,实现了低成本获取深度增强的图像。实验结果表明本文算法在保持图像边缘的细节性、平滑性和整体性上具有更好的效果,与其他算法相比,图像的均方根误差RMSE更低,仅为0.506 93及1.169 30（针对Teddy及Art图像）。     

中子数字图像几何不锐度校正算法研究

以中子数字成像系统的开发为背景,提出一种用于中子数字图像几何不锐度校正的图像复原算法。首先分析了中子数字成像的准直成像系统,得到引起中子数字图像几何不锐度的点扩展函数。据此,提出一种正则化的Lucy-Richardson(LR)算法,该算法利用贝叶斯(Bayes)最大后验估计理论研究了小波系数的双变量层间模型,推导出一种有效的小波降噪方法,并将小波降噪引入LR算法的迭代过程,此方法可有效解决原始LR算法的噪声放大问题。将改进的LR算法用于一个测试样品中子数字图像的几何不锐度校正,结果表明,该算法可以克服原始LR算法的不足,并优于频域小波域联合正则化图像复原算法。该方法还可以推广到其他图像复原的应用中。     

MPPC low-level-light imaging enhancement algorithm based on sub-window box filtering北大核心CSCD

针对多像素光子计数器(MPPC)进行微光成像时,图像受光照不足和噪声影响出现的图像亮度低、对比度差、边缘模糊等问题,提出一种基于子窗口盒式滤波的自适应微光图像处理算法。为了减少算法运行时间的同时突出图像的边缘细节信息,利用子窗口盒式滤波器对图像进行分层得到基础层和细节层;对基础层图像采用自适应阈值直方图均衡化拉伸对比度,细节层图像采用自适应增益控制方式进行增强;根据基础层图像中有效灰度值个数占总灰度的比值自适应确定融合系数,将基础层图像与细节层图像融合得到增强后图像。通过微光实验平台设置3组不同照度的微光环境进行实验仿真,验证了本文算法在保持边缘信息和增强细节方面获得了更好的效果。实验结果表明本文算法在标准差、信息熵、平均梯度等客观评价方面优于改进前算法,提升了微光图像的成像效果。     

剪切光束成像技术对纵深目标的成像

剪切光束成像技术是一种能透过大气湍流对远距离目标实现高分辨率成像的主动成像技术.现有相关研究中所采用的目标均为二维平面目标,然而现实中的目标一般都具有三维形貌,目标纵深对回波信号产生的延迟或对成像质量产生不利影响.从剪切光束成像理论出发,在二维目标成像模型的基础上建立了三维纵深目标成像模型,并利用该模型研究了两剪切光与参考光间的频差及目标纵深对成像的影响.仿真结果表明,随着拍频的增大,重构图像质量逐渐下降.剪切光束成像技术可通过减小拍频来提高真实目标成像质量.     

High Optical Magnification Three-Dimensional Integral Imaging of Biological Micro-organism

A high optical magnification three-dimensional imaging system is proposed using an optic microscope whose ocular(eyepiece) is retained and the structure of the transmission mode is not destroyed. The elemental image array is captured through the micro lens array. Due to the front diffuse transmission element, each micro lens sees a slightly different spatial perspective of the scene, and a different independent image is formed in each micro lens channel. Each micro lens channel is imaged by a Fourier lens and captured by a CCD. The design translating the stage in x or y provides no parallax. Compared with the conventional integral imaging of micro-objects, the optical magnification of micro-objects in the proposed system can enhanced remarkably. The principle of the enhancement of the image depth is explained in detail and the experimental results are presented.     

中能X射线光栅相衬显微成像分析及模拟

理论分析了基于相位光栅分数塔尔博特效应的X射线相衬显微成像原理,采用菲涅耳衍射公式推导出相位光栅在两个不同距离处的成像结果公式.然后建立一个水合蛋白质细胞模型,对成像系统进行了参数设计,得出1～2 keY的中能波段X射线是兼顾大景深和高成像衬度的最优选择.针对10μm厚的细胞模型,选取1.5 keY的中能X射线做模拟计...     

Depth-enhanced integral imaging system with convex and composite concave micro-lens arrays

A depth-enhanced integral imaging system is proposed by using a convex micro-lens array and a composite concave micro-lens array. The convex-micro-lens array is used to provide a virtual elemental image array for the composite concave micro-lens array. The composite concave micro-lens array which has two focal lengths is used to display integral images with the virtual elemental image array. Compared with the conventional integral imaging, the proposed system can form the 3D image around two image planes with viewing angle being enhanced remarkably. The principle of the enhancement of the image depth is explained in detail and the experimental results are presented.     

Photoacoustic Tomography of Biological Sample Using Phase-controlled Focus Algorithm

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｏｐｔｉｃａｌｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｏｆｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｍｅｄｉａｓｕｃｈａｓｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｔｉｓｓｕｅｓｉｓａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙａｃｔｉｖｅｆｉｅｌｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｎｏｎｉｎｖａｓｉｏｎ ,ｎｏｎｉｏｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｃａｌｃｏｎｔｒａｓｔｗｈｅｎｉｔｉｓｕｓｅｄｆｏｒｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｄｉａｇｎｏｓｉｓ[1] .Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｏｐｔｉｃａｌｉｍａｇｉｎｇｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅ…