[发明专利]一种基于独立成分分析的全场光学相干显微成像去噪方法

说明书

本发明涉及一种基于独立成分分析的全场光学相干显微成像去噪方法，属于图像处理技术领域。该方法包括：采集由于系统低频振动产生运动伪影噪声的全场光学相干图像并进行预处理得到图像X₁；然后对图像X₁进行二维小波变换，将高频通道小波系数置零后进行小波重构，获得保留低频信息的全场光学相干伪影噪声图像X₂，将X₁和X₂合并组成新的图像矩阵，利用独立成分分析算法求解混合矩阵W，从而去除系统振动时样品轴向位移产生的伪影噪声，进而恢复重构出样品原始全场光学相干图像。本发明采用独立成分分析方法去除全场光学相干成像系统低频振动导致样品轴向位移产生的运动伪影噪声，提出了一种通过软件算法处理而不需要气浮隔振实验平台滤除系统噪声的方法。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种基于独立成分分析的全场光学相干显微成像去噪方法。

背景技术

2002年法国Boccara团队基于时域OCT(Optical Coherence Tomography)原理发明的全场光学相干层析成像，不需扫描，一次性凝视提取组织内部全视场图像，可原生环境下实现亚细胞分辨率细胞检测，穿透深度大、分辨率高、速度快，是一种非侵入性、非破坏性和内源性获取生物组织图像的方法。全场光学相干层析成像技术的原理是当样品被具有低相干长度的光源照射时由样品后向散射的光与光源干涉成像，该技术利用光源的低相干性来隔离由样品深度方向上的虚拟切片后向散射的光。干涉仪的使用使得可以通过干涉现象产生表示从样品的给定切片选择性地发出的光的干涉信号，并且消除源自样品的其余部分的光。

全场光学相干层析成像可以获得具有微米量级分辨率的三维图像，使得可以观察到血管、血管壁、胶原蛋白、脂肪细胞等的大部分组织结构。同时，一次性凝视成像使其可以在几分钟内产生表面为几平方厘米，深度方向为几百微米的三维切片图像，可以潜在地用于诸如诊断癌症的医学应用。在手术期间的全场光学相干层析成像使得可以进行实时诊断，甚至在例如癌症的情况下优化手术操作，从而避免可能在切除后几天组织学分析揭示存在肿瘤细胞的情况下重复手术。

然而，由于全场光学相干层析成像系统使用了迈克尔逊干涉仪原理，装置对振动十分敏感，周围环境微米量级的振动将使样品成像时产生轴向运动伪影噪声，严重影响图像质量。目前全场光学相干层析成像系统仍主要放置在实验室气浮隔振平台上使用，阻碍了其仪器化和设备化。由于周围环境振动噪声和样品光学相干信号具有相对独立性，且环境振动噪声主要集中在低频成分，因此，可以将样品光学相干信号和噪声分别看作互相独立的两个信号，利用独立成分分析原理将环境振动产生的轴向运动伪影噪声滤除。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于独立成分分析的全场光学相干显微成像去噪方法，利用独立成分分析原理将低频振动噪声和全场光学相干信号分离，去除系统振动导致样品轴向位移产生的运动伪影噪声，从而通过图像处理算法而不需要气浮隔振实验平台滤除系统噪声。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于独立成分分析的全场光学相干显微成像去噪方法，具有包括以下步骤：

S1：获取由于系统低频振动产生运动伪影噪声的全场光学相干有噪图像x_i，并对其预处理，即通过图像累加以增强有用信号并去除系统随机噪声；

S2：对预处理后的图像X₁进行二维小波变换，并通过置高频通道小波系数为零后重构，获得保留低频信息的全场光学相干有噪图像X₂；

S3：将图像X₁和X₂合并组成新的图像矩阵X₃；

S4：对图像矩阵X₃进行去均值和白化预处理，获得白化后的图像矩阵Z；