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[發明專利]一種實現浮游生物三維成像的改進型灰度層析重構方法有效

專利信息
申請號: 202110390841.8 申請日: 2021-04-12
公開(公告)號: CN113223142B 公開(公告)日: 2022-10-04
發明(設計)人: 湯明;王曉萍 申請(專利權)人: 浙江大學
主分類號: G06T17/00 分類號: G06T17/00;G06N3/04;G06N3/08;G01B11/24;G01N21/84
代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224 代理人: 米志鵬
地址: 310013 浙江*** 國省代碼: 浙江;33
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摘要:
搜索關鍵詞: 一種 實現 浮游生物 三維 成像 改進型 灰度 層析 方法
【權利要求書】:

1.一種實現浮游生物三維成像的改進型灰度層析重構方法,其特征在于,包括步驟:

(1)獲取浮游生物全身輪廓信息的全息圖;

(2)根據浮游生物的首尾位置確定重建距離范圍,利用角譜重建算法對所述的全息圖進行數值重建,得到多層浮游生物的再現圖像;

(3)對步驟(2)中的再現圖像進行處理,獲得清晰的浮游生物邊緣,并提取每幅再現圖像中的浮游生物區域,得到只含浮游生物的再現圖像;

(4)將步驟(3)中的只含浮游生物的再現圖像中灰度相同的點進行連接,渲染出浮游生物的三維成像;

所述再現圖像串擾抑制方法的具體步驟包括:

(3.1)在對應浮游生物后半身的再現圖像中選出部分浮游生物輪廓清晰的連續的再現圖像,記作Ii,其復振幅分布為Ii(x,y);

(3.2)考慮對應浮游生物前半身的一幅再現圖像Ik,其復振幅分布為Ik(x,y);

(3.3)在再現圖像Ii中沿浮游生物的邊緣繪制一條閉合曲線并進行二值化處理,得到閉合曲線的二值圖像,在所述二值圖像中提取只含浮游生物的再現圖像;

(3.4)利用前向傳播算法,將清晰浮游生物向前傳播至待觀察再現圖像Ik,得到對應的離焦像,其復振幅表示為:

Di′(x,y)=FR[Ii′(x,y),li′-lk′],i<k

其中li′和lk′分別為再現圖像Ii和Ik的重建距離,傳播距離為li′-lk′;

(3.5)令i=n0,…,n2,n0為對應浮游生物中線的再現圖像的序號,n2為對應浮游生物尾部的再現圖像的序號;重復步驟(3.3)和步驟(3.4),得到所有選出的浮游生物輪廓清晰的連續的再現圖像傳播至待觀察再現圖像的離焦像;

(3.6)用待觀察再現圖像的復振幅分布Ik(x,y)減去所有離焦像的復振幅分布Di′(x,y),得到降低離焦像噪聲的待觀察再現圖像;

(3.7)令k=1,2,…,n0,重復步驟(3.2)至步驟(3.6),獲得降低了離焦像噪聲的浮游生物前半身的所有再現圖像。

2.如權利要求1所述的實現浮游生物三維成像的改進型灰度層析重構方法,其特征在于,步驟(1)中,使用相干長度為50m的激光器作為照明光源。

3.如權利要求1所述的實現浮游生物三維成像的改進型灰度層析重構方法,其特征在于,步驟(1)中,采用厚度為0.2mm的比色皿盛放浮游生物試樣。

4.如權利要求1所述的實現浮游生物三維成像的改進型灰度層析重構方法,其特征在于,步驟(3)中,依次通過三維去卷積方法、再現圖像串擾抑制方法和非線性擴散方法對所述的再現圖像進行處理,降低其中的離焦噪聲,獲得清晰的浮游生物邊緣。

5.如權利要求1所述的實現浮游生物三維成像的改進型灰度層析重構方法,其特征在于,步驟(3.3)中,在所述二值圖像中提取只含浮游生物的再現圖像的過程為:

對該二值圖像進行孔洞填充操作,得到一幅標記圖Mi,其中閉合曲線包圍的像素被標記為1,其余像素被標記為0;最后根據標記圖Mi提取再現圖像Ii中的清晰浮游生物區域,得到只含清晰浮游生物區域的再現圖像Ii′,該過程可以表示為:

6.如權利要求5所述的實現浮游生物三維成像的改進型灰度層析重構方法,其特征在于,步驟(3.6)的具體過程表示為:

其中ωi為權重系數,隨傳播距離遞增,即

其中c為調節因子。

7.如權利要求1所述的實現浮游生物三維成像的改進型灰度層析重構方法,其特征在于,利用等值面法將步驟(3)中的只含浮游生物的再現圖像中灰度相同的點進行連接,渲染出浮游生物的三維成像。

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