[发明专利]用于增强相位分布的图像处理装置和方法

说明书

一种用于增强输入相位分布(I(x_i))的装置(1)和方法，其中装置(1)和方法被配置为检索输入相位分布；计算基线估计(f(x_i))作为输入相位分布中的基线(I₂(x_i))的估计；并且其中所述装置和方法被进一步配置为基于基线估计和输入相位分布获得输出相位分布(O(x_i))。

技术领域

本发明涉及一种用于增强数字输入相位分布的图像处理装置和方法。

背景技术

高度半透明的物体很难用光学方法研究，例如通过观察设备，诸如显微镜。由于只有非常少量的光被吸收和/或散射，因此高度半透明物体的明场图像中的对比度非常小。因此，不使用光强，而是使用对穿过高度半透明物体的光施加的相移进行光学研究。图像不同位置或像素的相移由相位分布表示。

一些使相移可见的方法，诸如相位对比和微分干涉对比，不适用于孔板。此外，相移图像或相位分布的后处理，诸如细胞计数或汇合测量，需要对记录的图像进行分割，这在微分干涉对比、相位对比或调制对比图像上很难执行。

此外，基于干涉的相位分布生成需要昂贵的硬件，诸如相干光源以及光路的仔细分离和连接，这阻碍了与现有光学观察设备，诸如显微镜的集成。

基于微分相位对比或从散焦图像重建的定量相位成像需要相位传递函数的知识，特别是用于记录从中导出相位对比的输入图像的光学成像系统的知识。由于相位传递函数在频率为零时为零，因此通过补偿相位传递函数会引入低频伪影或噪声。过去，试图通过改变物体的照明来补偿这些误差，例如通过使用环形照明。然而，这会导致更长的曝光时间，并且不适用于孔板。

因此，需要提供一种装置和方法，其能够快速且可靠地重建相位分布，即具有尽可能少的伪影。

发明内容

这种需要通过一种用于输入相位分布中的噪声降低的装置来解决，其中该装置被配置为检索输入相位分布，并且计算基线估计作为输入相位分布中的基线的估计；并且其中该装置被进一步配置为基于基线估计和输入相位分布获得输出相位分布。

这种需要通过一种用于输入相位分布中的噪声降低或估计基线的方法来进一步解决，该方法包括以下步骤：检索输入相位分布；估计输入相位分布中的基线以获得基线估计，以及从基线估计和输入相位分布获得输出相位分布。

该目的进一步通过一种存储使计算机执行要求保护的方法的程序的非暂时性计算机可读介质来解决；通过具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，用于执行要求保护的方法；通过作为执行要求保护的方法的结果的输出相位分布；和/或通过输入相位分布和输出相位分布训练的神经网络设备，其中输出相位分布是通过要求保护的方法从输入相位分布数据创建的。

根据要求保护的装置和方法，估计输入相位分布的基线。基线表示具有低空间频率和大空间结构的输入相位分布的分量。通过估计基线，估计由相位传递函数的零点引入的低空间频率的伪影。因此，基线估计可用于获得噪声较小的输出相位分布，例如通过从输入相位分布中去除，特别是减去基线估计。

输入相位分布优选地是N维数字阵列I(x_i)，其中N是大于1的整数并且x₁到x_N指定阵列的维度或坐标。对于数字阵列，x_i是整数。特别地，输入相位分布可以是二维实值阵列，以数字方式表示，例如通过浮点数阵列。术语“空间”是指阵列的维度。