[发明专利]一种虚拟多平面成像系统及方法有效

专利信息
申请号: 202010266158.9 申请日: 2020-04-07
公开(公告)号: CN111352229B 公开(公告)日: 2021-10-08
发明(设计)人: 袁菁;张德洁;龚辉 申请(专利权)人: 华中科技大学
主分类号: G02B21/36 分类号: G02B21/36;G02B21/00;G06N3/08
代理公司: 杭州宇信知识产权代理事务所(普通合伙) 33231 代理人: 王健
地址: 430074 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 虚拟 平面 成像 系统 方法
【说明书】:

发明提出一种虚拟多平面成像系统及方法,系统包括神经网络结构设置模块:用于搭建神经网络结构,将对待成像样本获得的一帧下的N张图像作为输入图像,将N张图像对应的轴向K个平面图像作为输出图像;训练学习模块:将对参照样本成像获得的一帧下的N张图像作为参照输入图像,将参照样本的不同轴向的K个平面图像作为参照输出图像,拆分后形成图像训练对,输入神经网络结构中训练,以获得训练完成的神经网络;重建清晰图像模块:将待成像样本获得的一帧下的N张图像作为输入图像,输入神经网络中重建,输出待成像样本的轴向K个平面图像。其目的在于解决目前非扫描3D荧光显微成像方法存在的系统复杂、成像质量差或耗时的技术问题。

技术领域

本发明涉及图像处理技术,尤其是涉及一种虚拟多平面成像系统及方法。

背景技术

目前,为了对三维组织块进行成像,需要一层一层重复扫描样本,这需要花费大量的时间。

为了解决传统显微镜只能单平面成像的问题,已经发明了许多三维成像技术,包括斜光片显微镜,光场显微镜。斜光片显微镜使用数值孔径较高的物镜来产生腰部较窄的光片,并使用另一个正交物镜来收集荧光,进行显微成像,为了降低深层样本对光的散射作用,一般只对样本薄层进行成像,大约为30微米到50微米;光场显微镜是使用微透镜阵列对三维样本进行多角度采集,使用后续的迭代算法可以重建出三维物体。

斜光片成像系统从硬件层面改善了成像系统,使用多平面扫描的方式加快了成像速度。但这种方法系统复杂,且成像质量较差。而光场显微镜需要相对耗时的迭代算法来解决重建新图像的逆问题。因此这些非扫描3D荧光显微成像方法,虽然可以解决三维成像的问题,但都存在各自的弊端。

所以提出一种新方法进行多平面3D成像非常有必要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种虚拟多平面成像系统及方法,其目的在于解决目前非扫描3D荧光显微成像方法存在的系统复杂、成像质量差或耗时的技术问题。

为达到上述技术目的,本发明提出了一种虚拟多平面成像系统,包括:

神经网络结构设置模块:用于搭建神经网络结构,将对待成像样本获得的一帧下的N张图像作为输入图像,将所述N张图像对应的轴向K个平面图像作为输出图像,设置输入图像及输出图像的尺寸,其中,K、N均为正整数,且N≥2,K≥2;

训练学习模块:将对参照样本成像获得的一帧下的N张图像作为参照输入图像,并将所述参照样本的不同轴向的K个平面图像作为参照输出图像,用于将所述参照输入图像及参照输出图像按照所述设置的输入图像及输出图像的尺寸进行拆分后形成图像训练对,将所述图像训练对输入所述神经网络结构中进行训练,以获得训练完成的神经网络;

重建清晰图像模块:将所述待成像样本获得的一帧下的N张图像作为输入图像,依据所述设置的输入图像尺寸进行拆分后,输入所述训练完成的神经网络中进行学习,依据所述设置的输出图像的尺寸输出所述待成像样本的轴向K个平面图像。

优选地,所述不同轴向的K个平面图像的相邻图像的轴向间隔相同,且为z0

优选地,所述输入图像的尺寸为N*A*B,所述输出图像的尺寸为K*A*B,所述输入图像与输出图像的A*B个像素一一对齐,其中,A、B均为正整数。

优选地,还包括图像采集模块,包括显微镜及探测器,所述探测器为N线阵列探测器,用于对样本成像时获取一帧下的N张图像。

优选地,所述轴向间隔z0具体为:

z0=2λ/NA2

其中,λ是样本发射的波长,NA为显微镜的物镜的数值孔径。

优选地,所述不同轴向的K个平面图像数量满足:K≤9。

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