[发明专利]一种基于水平集检测目标体内光源分布的方法

说明书

技术领域

本发明属于光学分子影像领域，涉及检测光源的定量信息和图像分析，尤其是一种基于水平集的目标体内光源分布的检测方法。

背景技术

光学分子影像是一种可以在细胞分子水平上实现生物组织内部生物物理过程进行无创实时动态成像的一种技术。通过获取到的目标表面出射光强分布，检测在组织内部的光源分布则能够对研究目标定量化研究，为光源提供三维的定位信息。

目前普遍采用的检测技术大多基于是基于梯度的传统方法，由于光学分子影像的信号十分微弱，导致了采集的数据集噪声较大，加之该问题的固有病态性，造成在待检测过程中对初始值的选择、可行域的选择、以及噪声的容忍度都有着很强的要求。这限制了光学分子影像在实际中的应用。寻找一种稳定、鲁棒的检测方法一直是该领域的热点难点问题，到目前为止仍然没有一种通用的技术很好的求解这个问题。

水平集是从界面传播等研究领域发展而来。水平集的灵活性使得能够应用于曲线或者曲面动态演化和拓扑变化的情形。

发明内容

为了解决基于梯度的传统方法光学分子影像的信号微弱，导致了采集的数据集噪声较大，使得检测过程中对初始值的选择、可行域的选择、以及噪声的容忍度要求高，限制了光学分子影像应用的问题，本发明的目的是提供一种基于水平集对目标体光源分布进行检测的方法。

为了实现上述目的，本发明基于水平集检测目标体内光源分布的方法，利用高性能CCD相机在目标体表面捕捉到的出射光强分布，来检测目标体内部的光源，具体步骤如下：

步骤1：利用高性能CCD相机在目标体表面捕捉到的出射光强分布；

步骤2：使用水平集的分片恒定函数和分片常数值的联合迭代循环对目标体的光源分布待检测区域的位置进行检测，由分片常数值控制得到光源分布每个子区域上的光强值，得到目标体的光源分布的可视化定位和定量信息；

步骤3：对目标体的光源分布的可视化定位和定量信息提供数据后处理。

本发明的有益效果是：通过使用基于水平集的光源信息检测技术，由分片恒定函数控制待检测目标体光源分布的位置，以及分片常数值控制在每个子区域上的光源值，通过对分片恒定函数和分片常数值的联合迭代循环，最终检测得到目标体光源分布的定量和定位信息。使用该方法，在检测过程中对噪声和初值不敏感，在不同初值、较强噪声以及较大可行区域下均可得到可靠的目标体光源分布检测结果。还有，在子区域水平数未知的情况下，仍然可以对目标体光源分布定量定位。此外，由于该水平集方法不要对水平集函数重新初始化，提高了目标体光源分布进行检测的效率，拓展了光学分子影像的应用，通过获取到的目标体出射光强分布，检测在组织内部的光源分布则能够对研究目标定量化研究，为光源提供三维的定位信息，由此本发明的方法具有很强的鲁棒性，可以有效地应用于成像系统性能较低或者实验环境较差的情况，本发明可以推动和拓展在图像配准与分割，图形学和仿真，计算机立体成像，隐式表面以及逆问题等领域的应用。

附图说明

图1为本发明的整体过程图。

图2为本发明的检测方法流程图。

图3为仿真实验所使用的非匀质圆柱仿体。

图4为不同初值下使用本发明检测光源的位置与强度演化曲线以及与使用Powell方法的对比。

图5为使用本发明技术检测光源过程中的收敛曲线。

图6为不同高斯噪声下使用本发明检测光源的位置与强度演化曲线以及与使用Powell方法的对比。

图7为使用本发明在不同噪声下检测光源强度相对于信噪比的线性回归拟合曲线。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

本发明是一种基于水平集的对目标体光源分布信息进行检测的方法，通过分片恒定函数控制目标体光源分布的位置，以及分片常数值控制在每个子区域上的光源值，通过迭代循环，最终检测得到光源分布的定量和定位信息。在光学分子影像中，例如通过对小动物转基因，使得小动物在病灶处产生荧光蛋白酶，进而通过静脉注射荧光底物，从而在该蛋白酶的催化作用下发射出可见或近红外光，光在生物组织中历经多次散射。最终有一部分到达小动物皮肤出射到自由空间中被检测器接收。说发明就是使用检测得到的出射光强、小动物的几何结构信息以及各个组织的光学特性参数等信息，来检测在小动物体内的光源信息。本发明能在不同初值，较强的噪声下在使用比较大的感兴趣区域的情况下准确检测出光源的信息。