一种快速非侵入式半透明成像方法及装置的制造方法
【专利说明】一种快速非侵入式半透明成像方法及装置 【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种快速非侵入式半透明成像方法及装置。 【【背景技术】】
[0002] 非侵入式半透明成像在诸如生命科学，材料科学等领域是一个极具挑战性的课 题。由于半透明物体的强散射作用，光线在透过半透明物体之后，光的传播方向以及相位发 生了不可预测的变化，这导致传统的几何成像方法失去作用。正常情况下，我们要得到半透 明层背后物体的像，需要破坏掉半透明层，在生命科学以及材料科学领域，这往往不是我们 想要发生的。无损的得到半透明层背后物体清晰的像是科学家们一直以来奋斗的目标。在 这样的大背景下，基于激光扫描的非侵入式半透明成像方法应运而生。
[0003] 激光束穿过半透明层后会产生激光散斑。激光散斑照射到荧光物体上会激发荧 光。科学家利用激光散斑对荧光物体进行扫描，同时采集透过半透明层的由激光散斑照射 荧光物体激发出的荧光信号，这样可以得到完整的荧光强度矩阵I (NXN)。根据采集的荧光 强度矩阵，利用相位恢复算法可以对荧光物体进行成像。 【
【发明内容】
】
[0004] 上述的现有技术中，采集完整的荧光强度矩阵I(NXN)会使得整个非侵入式半透 明成像过程缓慢，同时，长时间的激光散斑照射会损伤荧光样本。
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种快速非侵入式半透明成像方法及装 置，以加速非侵入式半透明成像过程，减少对荧光样本的损伤。
[0006] -种快速非侵入式半透明成像方法，包括如下步骤：
[0007] Sl、设定完整荧光强度矩阵I的大小；
[0008] S2、随机控制激光以某个入射角度，穿过半透明散射层到达荧光物体，并获取所述 完整荧光强度矩阵I中对应位置的荧光强度信号I 1, j;
[0009] S3、根据所述步骤S2获取所述完整荧光强度矩阵I中设定数量阈值以上个数的荧 光强度信号Ii, _j，并确保所述完整焚光强度矩阵I中至少每一行、每一列具有焚光强度信号 被获取；
[0010] S4、根据获取的所有荧光强度信号I1,,利用矩阵填充的方式重建所述完整荧光强 度矩阵：
[0011] minimize I IMI I *
[0012] 满足：Μ。= I W
[0013] 其中，M为重建得到的荧光强度矩阵，I |M| L表示M的核范数；
[0014] S5、根据所述荧光强度矩阵M，利用相位恢复算法重建所述荧光物体的像。
[0015] 优选地，所述设定数量阈值为所述完整荧光强度矩阵元素数量的40%。
[0016] 优选地，在步骤S3中所述个数为所述完整荧光强度矩阵元素数量的40% -60%。
[0017] 优选地，在步骤S4中，通过凸优化的方法，得到所述荧光强度矩阵M。
[0018] 本发明还提供了一种快速非侵入式半透明成像装置，包括如下单元：
[0019] 第一处理单元，用于设定完整荧光强度矩阵I的大小；
[0020] 第二处理单元，用于随机控制激光以某个入射角度，穿过半透明散射层到达荧光 物体，并获取所述完整荧光强度矩阵I中对应位置的荧光强度信号I 1,.
[0021] 第三处理单元，用于根据所述步骤S2获取所述完整荧光强度矩阵I中设定数量阈 值以上个数的荧光强度信号Iu，并确保所述完整荧光强度矩阵I中至少每一行、每一列具 有焚光强度信号被获取；
[0022] 第四处理单元，用于根据获取的所有荧光强度信号I1,,利用矩阵填充的方式重建 所述完整荧光强度矩阵：
[0023] minimize I IMI I *
[0024] 满足：Μ。= I
[0025] 其中，M为重建得到的荧光强度矩阵，I |M| L表示M的核范数；
[0026] 第五处理单元，用于根据所述荧光强度矩阵M，利用相位恢复算法重建所述荧光物 体的像。
[0027] 优选地，所述设定数量阈值为所述完整荧光强度矩阵元素数量的40%。
[0028] 优选地，所述个数为所述完整荧光强度矩阵元素数量的40% -60%。
[0029] 优选地，在第四处理单元中，通过凸优化的方法，得到所述荧光强度矩阵M。
[0030] 本发明的有益效果是：
[0031] 本方案中，矩阵填充利用了矩阵的低秩性以及矩阵的少量元素，并利用凸优化的 方法，重建完整的荧光强度矩阵。
[0032] 利用本发明能够大大加速非侵入式半透明成像过程，使得该方法更安全。 【【附图说明】】
[0033] 图1是本发明一种实施例的快速非侵入式半透明成像方法的流程图；
[0034] 图2是本发明一种实施例的快速非侵入式半透明成像装置的示意图。 【【具体实施方式】】
[0035] 以下对发明的较佳实施例作进一步详细说明。
[0036] 如图1和2所示，一种快速非侵入式半透明成像装置的示意图。如图2所示，当激 光束垂直穿过第一片半透明散射层1时，会在荧光物体2平面上产生激光散斑，激光散斑会 激发荧光物体发出荧光。当激发出的荧光信号透过第二片半透明散射层3时，放置在第二 片半透明散射层后的CCD相机4可以成功收集荧光信号。在荧光物体平面上产生的激光散 斑记为S (X，y)，荧光物体的分布记为0 (X，y)，则激光束垂直入射时C⑶相机采集到的荧光 总量为：
[0037] 1(0,0) =f I S(x, y)0(x, y)dxdy
[0038] 由于激光散斑具有"记忆效应"，当激光束旋转一个较小的角度θ = ( θ χ，Θ y)时， 激光散斑不会发生形变，仅仅只是在荧光物体平面上移动一段距离（A x，Ay) = ((Mx, Cl1 Θ y)(山为半透明介质与荧光物体平面之间的距离）。此时，CCD相机采集到的荧光总量 为：
[0039] I ( θ θ y) =S I SCx+dj θ χ, y+di θ y)〇(x, y)dxdy
[0040] 利用CCD相机可以采集不同入射角度下透过半透明介质的荧光信号，得到完整的 荧光强度矩阵I (NXN)。荧光物体的信息包含在I (NXN)之中：
[0041] I * I = (S * S)*(0 * 0)
[0042] 其中，*表示自相关符号，*表示卷积符号。因为散斑函数S(x，y)的自相关函数 是尖峰函数，因此我们可以很容易得到：
[0043]