一种显微光场迭代重建结果的评价方法及装置与流程

1.本发明涉及显微光场数据处理领域，特别涉及一种显微光场迭代重建结果的评价方法及装置。


背景技术：

2.光场显微技术因为其卓越的三维成像能力在生物医学研究领域近年来得到了快速的发展，光场显微镜能够在单次快照下捕获四维光场数据到二维图像传感器中，其成像速率只受到相机帧率的限制，非常适合高速的三维成像。通过对其记录的二维光场图像进行重建，就能都得到三维结构信息。
3.传统上常用迭代算法对二维光场数据进行重建，比如richardson-lucy(rl)解卷积算法，但是迭代算法并不是一个收敛的过程，随着迭代次数的增加，重建结果会经历一个由好变差的阶段，传统方式是依据试验结果，人工的经验值来确定迭代重建停止的次数，这样对于新的数据往往需要额外的测试来确定经验值的选取，在实际操作中非常不友好。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种显微光场迭代重建结果的评价方法及装置，以克服现有技术中的不足。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本技术公开了一种显微光场迭代重建结果的评价方法，具体包括如下步骤：
7.s1、向迭代重建算法中输入显微光场数据；
8.s2、对显微光场数据进行重建，得到显微光场重建结果；
9.s3、对显微光场重建结果沿轴向进行最大值投影，得到投影图；
10.s4、对投影图进行dct变换；
11.s5、根据成像系统的参数，计算重建结果分辨率极限值；
12.s6、根据重建结果分辨率极限值，对步骤s2中的dct变换结果进行裁剪；
13.s7、在步骤s6裁剪后的区域内进行熵值计算，得到熵值结果；
14.s8、迭代步骤s2-s7，直到当前熵值结果小于上一次熵值结果，取当前熵值结果为最佳重建结果。
15.作为优选，步骤s2中采用rl解卷积重建算法对显微光场数据进行重建。
16.作为优选，步骤s4中dct变换具体包括如下子步骤：
17.s41、根据总维度数、系数所在位置坐标，计算变换系数；
18.s42、根据变换系数、图像的宽度、图像的高度、计算横向离散变换和纵向离散变换；
19.s43、根据横向离散变换和纵向离散变换，进行dct变换。
20.作为优选，步骤s5中根据成像系统中物镜的数值孔径，激发波长，微透镜后的虚拟像素个数，计算重建结果分辨率极限值。
21.作为优选，步骤s6中包括如下子步骤：
22.s61、根据图像的宽度、图像的高度以及重建结果分辨率极限值，计算得到裁剪的宽度和裁剪的高度；
23.s62、根据截取的宽度和截取的高度，计算裁剪的区域面积；
24.s63、根据裁剪的区域面积，在dct变换结果进行裁剪。
25.作为优选，步骤s62中裁剪的区域面积为三角形；步骤s63中从dct变换结果的左上角开始裁剪。
26.作为优选，步骤s7中根据裁剪后的区域内的dct像素概率分布，计算信息熵。
27.本技术还公开一种显微光场迭代重建结果的评价装置，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现上述的一种显微光场迭代重建结果的评价方法。
28.本技术还公开一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上述的一种显微光场迭代重建结果的评价方法。
29.本发明的有益效果：
30.1、通过步骤s3～s7，只需输入显微光场重建的结果，经过最大值投影处理，dct的变换，再根据分辨率极限值确定dct变换后的熵值计算区域，最后得到重建结果的熵值，熵值可以使作为对显微光场迭代重建结果的质量评价
31.2、结合步骤s1～s8，在迭代重建算法中输入原始光场数据，对每次迭代结果经过最大值投影处理，dct的变换，再根据分辨率极限值确定dct变换后的熵值计算区域，通过比较选定区域的熵值，可以实现显微光场重建自动停止迭代。
32.本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
33.图1本发明一种显微光场迭代重建结果的评价方法的流程示意图；
34.图2本发明实施例进行显微光场重建判据的效果示例；
35.图3是本发明一种显微光场迭代重建结果的评价装置的结构示意图
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
37.本发明实例提供了一种显微光场迭代重建结果的评价方法，如图1所示，包括以下步骤：
38.s1、向迭代重建算法中输入显微光场数据；
39.s2、对显微光场数据进行重建，得到显微光场重建结果；
40.s3、对显微光场重建结果沿轴向进行最大值投影，得到投影图；
41.s4、对投影图进行dct变换；
42.s5、根据成像系统的参数，计算重建结果分辨率极限值；
43.s6、根据重建结果分辨率极限值，对步骤s2中的dct变换结果进行裁剪；
44.s7、在步骤s6裁剪后的区域内进行熵值计算，得到熵值结果；
45.s8、迭代步骤s2-s7，直到当前熵值结果小于上一次熵值结果，取当前熵值结果为最佳重建结果。
46.实施例：
47.本发明实施例所使用的光场图片使用落射荧光显微镜(zeiss,axiovert 200)，装配有led激发光(波长为520nm)以及一个标准的gfp滤波片(zeiss)。物镜使用的是40x/0.8-na的干式物镜(zeiss plan-neofluar)。微透镜阵列经过1:1的中继透镜对(nikonaf-s 105mm 2.8g vr if-ed micro)在2560*2160像素数的scmos相机中(andorzyla)。对拍摄的光场图像矫正，成为1635*1380像素数的光场图像作为输入。
48.本发明实施例所使用的的光场图片拍摄的轴向范围为-26um到0um，间隔2um。负数意味着远离物镜，0位置表示焦面位置。微透镜后的虚拟像素个数为15*15。
49.步骤s3中对rl重建的三维结果(1635，1380，14)沿轴向做最大值投影,得到投影图(1635，1380)，如图2中的(a)所示：
50.图2中的(a)显示了其中三次迭代结果的最大值投影，其右下角是对图中白色框标记区域的放大图。右下角放大图中沿白色实线的像素灰度值变化显示在图2中的(b)中，展示了rl解卷积的效果；
51.步骤s4中的结果投影图(1635,1380)按照：
[0052][0053]
进行dct变换，其中x∈{0,
…
,n-1}，y∈{0,
…
,m-1}，n为图像的宽度1635，m为图像的高度1380，(u,v)为离散余弦变换位置坐标，v∈{0,
…
,m-1}，u∈{0,
…
,n-1}，
[0054]cu
(x,m)cv(y,n)则可以根据：
[0055][0056][0057]
z为总维度数、为系数所在位置坐标，cu(x,n)为横向离散变换、cv(y,n)为纵向离散变换、为变换系数、fc(u,v)在(u,v)位置的离散余弦系数
[0058]
图2中的(c)显示了dct的变换结果。
[0059]
步骤s5根据：
[0060][0061]
计算得到系统的极限分辨率，其中λ为520nm,nnum为15，na为0.8，计算得到d
psf
为11.9um。
[0062]
步骤s6按照：
[0063]
[0064][0065]
得到为137，为115。注意离散图像直接向下取整。
[0066]
对dct变换结果进行裁剪，从左上角开始，以为截取的宽度，为截取的高度，三角形区域如图2中的(c)中左上角红色三角形区域所示，大小为：
[0067][0068]
步骤s7，对截取的三角形区域内计算信息熵，按照：
[0069][0070]
pi为定义在区域内的dct像素概率分布，图2中的(c)中中间白色数字表示的为整个dct变换后的熵值，箭头指向的白色数值表示的是截取区域内的熵值，图2中的(d)展示的对50次迭代结果进行dct变换后白色区域内熵值归一化后的曲线，可以看出到熵值会随着迭代次数先增后减，而峰值所在的位置即为最佳迭代次数。
[0071]
步骤s8，将当前熵值与上一次熵值比较，如果增加了，则返回到s2，否则直接输出重建结果；
[0072]
本实例在第六次出现了下降，因此最佳迭代结果为第6次。
[0073]
本发明一种显微光场迭代重建结果的评价装置的实施例可以应用在任意具备数据处理能力的设备上，该任意具备数据处理能力的设备可以为诸如计算机等设备或装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在任意具备数据处理能力的设备的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，如图3所示，为本发明一种显微光场迭代重建结果的评价装置所在任意具备数据处理能力的设备的一种硬件结构图，除了图3所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的任意具备数据处理能力的设备通常根据该任意具备数据处理能力的设备的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
[0074]
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0075]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上述实施例中的一种显微光场迭代重建结果的评价装置。
[0076]
所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元，例如硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是任意具备数据处理能力的设备的外部存储设备，例如所述设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡(smart media card，smc)、sd卡、闪存卡(flash card)等。进一步的，所述计算机可读存储
介质还可以既包括任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述任意具备数据处理能力的设备所需的其他程序和数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0077]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。