[发明专利]基于3D数字显微成像系统的高动态范围图像成像方法

说明书

本发明涉及一种基3D数字显微成像系统的高动态范围图像成像方法，通过生成待观测物体的高动态范围图像且获取待观测样本的原始高动态多聚焦序列图像，利用相位匹配方法和傅里叶变换进行图像配准和超像素层级上的移动，再通过前景背景分割方法将目标物体分割出来；对于分割后的图像作四叉树分解处理，标记图像序列中的清晰图像块，并记录每一幅图像所对应的高度信息；最后将标记好的清晰图像块融合成待观测物流的三维立体形状，并采用中值滤波对生成的三维立体形状进行滤波，以消除三维立体形状因采样频率不足而引起的锯齿效果，从而使得生成的待观测物体的三维立体形成更加平滑。

技术领域

本发明涉及高清高精度显微成像检测技术领域，尤其涉及一种基于3D数字显微成像系统的高动态范围图像成像方法。

背景技术

多焦距3D技术(Shape from Focus，简称SFF)是目前数字显微图像处理领域内常用的3D技术。由于多焦距3D技术只需要应用传统单目显微镜就可以获得观测样本的三维形状而得到专家学者的广泛关注。区别于立体视觉技术利用双目镜头获得深度信息，多焦距3D技术只通过移动、观测物体到镜头的距离，检测图像中清晰区域，从而便可以恢复重建出物体的深度信息。

但是，多焦距3D技术的主要缺陷在于当观测样本存在高反光的情况时，由于采集得到的图像的动态范围不足而导致在某些区域内图像细节不足，甚至某些区域内图像没有细节，这样就大大影响了重建之后的物体三维形状的准确率。然而，目前许多科学研究仍然主要专注于聚焦因子对物体三维形状重建准确率的影响，却忽略了原始图像在动态范围方面的质量对物体三维形状重建结果的影响。

为了克服所得到图像中动态范围不足因素的影响，高动态范围成像技术被提出。利用高动态范围成像技术可以得到高动态范围图像(High-Dynamic Range，简称HDR)。通过标定，对于同一个场景的不同曝光时间的图像进行融合，可得到该场景的32位的高动态范围光照谱。这些32位的光照谱图像能够准确、真实地反映场景中的动态范围，然后通过局部色调映射将这些32位的光照谱图像映射到8位的普通图像，从而便于传统显示设备显示和保存这些8位的普通图像。但是，由于高动态范围成像技术的高计算复杂度，目前市面上的显微3D重建方法在实现此技术方面仍然存在局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于3D数字显微成像系统的高动态范围图像成像方法。该高动态范围图像成像方法能够解决现有图像成像方法无法拍清高动态场景的缺陷，并且能够同时准确地生成待观测物体的三维立体形状，从而为观测者提供全方位的3D立体视觉享受。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：基于3D数字显微成像系统的高动态范围图像成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，针对显微镜载物台上的待观测物体，通过调节载物台的高度，并利用相机获取自待观测物体底部到待观测物体顶部的每个层面的高动态多聚焦图像，以获得三维立体成像所需的原始高动态多聚焦序列图像；

步骤2，采用相位匹配方法对所得原始高动态多聚焦序列图像进行配准，以使得所述原始高动态多聚焦序列图像中前后相连的图像对的空间位置、缩放尺度和图像尺寸对应一致，从而得到配准好的高动态多聚焦序列图像；

步骤3，针对配准好的高动态多聚焦序列图像，采用背景累积的前景背景分割方法提取需要生成三维立体的观测样本区域；

步骤4，对所述观测样本区域采用四叉树分割方法进行分割，且检测高动态多聚焦序列图像的每一幅图像中的清晰部分，并记录每一幅图像所对应的高度信息；

步骤5，对检测出来的各幅图像中的清晰部分进行融合，从而生成待观测物体的三维立体形状。

进一步地，所述步骤1中利用相机获取每个层面的高动态范围图像的过程包括：