阅读说明：本技术 反射式散射光场成像中的背向干扰滤除方法及成像系统 (Backward interference filtering method in reflective scattered light field imaging and imaging system ) 是由 刘红林 韩申生 于 2019-01-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种反射式散射光场成像中的背向干扰滤除方法及成像系统,该方法通过获得目标物的自相关从而恢复目标物的像,该方法不仅可以用在反射模式中滤除背向干扰,也可以推广到其他模式中滤除其它类型的干扰,且不受目标物静止与否的限制,相应的,一种生物软组织内的目标物成像系统结构简单易于实施。(The invention discloses a method for filtering back interference in reflection type scattered light field imaging and an imaging system, wherein the method recovers an image of a target object by obtaining autocorrelation of the target object, the method can be used for filtering back interference in a reflection mode, can also be popularized to other modes for filtering other types of interference, is not limited by whether the target object is static or not, and accordingly, the target object imaging system in biological soft tissue has a simple structure and is easy to implement.)

反射式散射光场成像中的背向干扰滤除方法及成像系统

技术领域

本发明涉及图形处理，尤其涉及一种反射式散射光场成像中的背向干扰滤除方法及成像系统。

背景技术

当以反射模式对生物软组织等散射介质内的目标进行成像时，介质表层会发生漫反射和背向散射，这些成分所占的比例往往远大于从目标反射后携带有信息的信号光，并且一般情况下是不规则分布的，难以用减去直流本底之类的方法滤除。这给图像恢复带来了极大的困难。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种反射式散射光场成像中的背向干扰滤除方法及成像系统。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种反射式散射光场成像中的背向干扰滤除方法，方法包括：

步骤一、获取两次散射光场分布图，向待成像物投射入射光，在t₁和t₂时刻通过相机分别曝光拍摄待成像物，并获得两幅待成像物的两幅散射光场分布图，并保证τ₂＜t₂-t₁＜τ₁，其中τ₁是介质表面漫反射和浅层背散光的综合退相干时间，即背向干扰光的退相干时间，τ₂是携带目标信息的散射信号的退相干时间，其中，两次曝光的时间均小于τ₂；

步骤二、计算两次曝光的散斑之差，两次曝光的散斑分别表示为：

S(t₁)＝O*PSF(t₁)+R 式—1，和

S(t₂)＝O*PSF(t₂)+R， 式—2，

其中，O其是目标物；PSF是散射介质的点扩散函数；R是背向干扰光的光强、偏振等光学要素的分布，此例中取为光强分布；S是散斑分布，可以是光强、偏振或者其他光学要素对应的散斑分布，此例中S为光强的散斑分布。

则两次曝光的散斑之差为：

ΔS＝S(t₂)-S(t₁)＝O*[PSF(t₂)-PSF(t₁)] 式—3；

步骤三、提取目标物的自相关，对步骤二中的式—3进行自相关，即可得到目标物的自相关：

步骤四、恢复目标物的像，由步骤三获得的目标物的自相关恢复目标物的像。

优选的，所述入射光和相机在所述待成像物的同一侧设置。

优选的，在步骤二中的点扩散函数为散射介质的点扩散函数，不同散射介质对应的点扩散函数的空间统计分布为高斯分布、泊松分布或洛伦兹分布中的一种。

优选的，在步骤四中，采用相位恢复法、Gerchberg–Saxton迭代法、维纳滤波法、正则滤波法、Lucy-Richardson算法或盲去卷积法对目标物的图像恢复。

此外，还提供了一种生物软组织内的目标物成像系统，包括生物软组织、入射光、相机和带有图像恢复功能的计算机，所述入射光和相机在所述生物软组织的同一侧，所述相机和计算机信号连接，所述计算机采用上述的方法对目标物进行图像恢复。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：上述方法和系统不受限于静止目标物，也适应于运动目标物，提供了图像复原的效率，不仅可以用在反射模式中滤除背向干扰，也可以推广到其他模式中滤除其它类型的干扰，系统和方法对医疗、生物研究领域具有重要辅助探测或还原的参考意义。

附图说明

图1为生物软组织内的目标物成像系统示意图。

图中：1、生物软组织；2、入射光；3、相机；4、计算机；5、目标物。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

生物软组织等散射介质内的目标物进行成像时，由于介质内的散射颗粒不是绝对静止的，布朗热运动是必然存在的，还可能有其它形式的运动。

光和散射介质相互作用，不同成分的退相干时间不同，例如，多次散射光的退相干时间明显短于少次和单次散射光，表面漫反射光的退相干时间一般相对较长，浅层背散光的退相干时间一般也长于多次散射光。携带目标信息的散射光大部分是经过多次散射的光。因而可以利用退相干时间的不同加以区分。

具体的，一种反射式散射光场成像中的背向干扰滤除方法，方法包括如下步骤。

步骤一、获取两次散射光场的散斑分布图：向待成像物投射入射光，在t₁和t₂时刻通过相机分别曝光拍摄待成像物，并获得两幅待成像物的两幅散射光场分布图，并保证τ₂＜t₂-t₁＜τ₁，其中τ₁是介质表面漫反射和浅层背散光的综合退相干时间，即背向干扰光的退相干时间，τ₂是携带目标信息的散射信号的退相干时间，其中，两次曝光的时间均小于τ₂。

步骤二、计算两次曝光的散斑之差。两次曝光的散斑分别表示为：

S(t₁)＝O*PSF(t₁)+R 式—1，和

其中，O是目标物，PSF是散射介质的点扩散函数，R是背向干扰光的光强分布。

两者之差为：

ΔS＝S(t₂)-S(t₁)＝O*[PSF(t₂)-PSF(t₁)] 式—3。

步骤三、提取目标物的自相关。对步骤二中式—3的进行自相关，即可得到目标物的自相关

步骤四、恢复目标物的像，由步骤三获得的目标物的自相关恢复目标物的像。

在步骤四中，采用相位恢复法、Gerchberg–Saxton迭代法、维纳滤波法、正则滤波法、Lucy-Richardson算法或盲去卷积法对目标物的图像恢复。

上述方法对目标物的运动免疫，不受运动的限制。

当目标物O运动时，式—1和式—2分别变成了式—5和式—6：

和

两者之差的自相关仍然可以用式—4描述。

上述方法不仅可以用在反射模式中滤除背向干扰，也可以推广到其他模式中滤除其它类型的干扰。

参见图1，一种生物软组织内的目标物成像系统，包括生物软组织1、入射光2、相机3和带有图像恢复功能的计算机4，入射光1和相机3在生物软组织的同一侧，相机3和计算机4信号连接，计算机4采用上述的方法对目标物5进行图像恢复。

该成像系统不仅适应于生物软组织，对于水下、毛玻璃后或其它介质内或后的目标物成像均适应。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行多种改编及变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变，即根据以上描述的技术方案以及构思，本领域的技术人员能够做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。