一种基于光强分布调校的数字仿体生成方法与流程

本发明涉及生物荧光成像，尤其涉及一种基于光强分布调校的数字仿体生成方法。

背景技术：

1、在医用光学设备领域，仿体常用于设备的质量检测，是标准化验证的重要方式，在设备的生产制造及临床使用等过程中发挥着重要作用。仿体的重要特性包括稳定性、准确性等，数字仿体以光学调控的方式将光场再现出来，具有较高的稳定性；而对于仿体的准确性，由于光学系统存在像差，再加上荧光分子的发射效率收到照明光强度的影响，将会造成数字仿体的空间、强度与真实情况有所偏差，因此需要使用适当的校正手段，来提高数字仿体的准确性。

2、畸变是由于光学系统视场放大不均匀所产生的，校正方法包括硬件和软件两个方法，硬件上可以通过镜头设计来实现，需要对整个光学系统进行仿真，较为复杂；软件上可以通过对图像进行变换，如数字图像处理方法包括几何校正、透视变换等，通常用于图像后处理。在生成数字仿体时，由于匀光光束发散角度受限，因此会产生画面强度差异。在荧光成像过程中，激发光会影响荧光发射强度，而普通的数字仿体由于直接发射荧光，无法将荧光激发过程考虑进去，造成数字仿体与实际情况不完成符合。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于光强分布调校的数字仿体生成方法。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于光强分布调校的数字仿体生成方法，所述方法包括：

3、对投影图像进行图像逆操作以实现相机标定；其中，图像逆操作包括畸变校正、视野均匀度校正和/或照明均匀度校正，分别得到畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵；

4、根据畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵对待输入空间光调制器的图像进行校正，经成像投影后形成数字仿体。

5、进一步地，对投影图像进行畸变校正得到畸变坐标映射关系的过程包括：

6、将标准黑白棋盘格作为原始图像输入至空间光调制器，将原始图像投影出来，形成棋盘格仿体；

7、通过相机记录棋盘格仿体，得到棋盘格仿体图像；

8、提取原始图像和棋盘格仿体图像的控制点坐标；

9、将棋盘格仿体图像的控制点坐标映射到原始图像上，得到畸变坐标映射关系。

10、进一步地，对投影图像进行视野均匀度校正得到视野均匀度变换矩阵的过程包括：

11、将一白色图片作为原始图像输入至空间光调制器，将原始图像投影出来，形成白光视野仿体；

12、通过相机记录下白光视野仿体，得到白光视野仿体图像；

13、移除白光视野仿体，在均匀环境光的条件下使用相机记录下当前的图像，得到环境光视野图像；

14、计算白光视野仿体图像与环境光视野图像的比值，得到视野均匀度变换矩阵。

15、进一步地，对投影图像进行照明均匀度校正得到照明均匀度变换矩阵的过程包括：

16、当采集荧光图像的时候，使用激发光照射荧光分子，通过相机记录下成像面的照明光能量分布，得到第一激发光能量图像；

17、再将激发光照射在白屏上，以模拟照明光照射荧光分子，通过相机记录下成像面的照明光能量分布，得到第二激发光能量图像；

18、计算第一激发光能量图像与第二激发光能量图像的比值，得到照明均匀度变换矩阵。

19、进一步地，根据畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵对待输入空间光调制器的图像进行校正，经成像投影后形成数字仿体包括：

20、待成像图像的像素、数字仿体的像素与空间光调制器的像素一一对应；

21、根据畸变坐标映射关系对待成像图像进行畸变校正；根据视野均匀度变换矩阵对待成像图像进行视野均匀度预处理；根据照明均匀度变换矩阵对待成像图像进行照明均匀度校正；

22、将校正后的待成像图像输入至空间光调制器，形成数字仿体。

23、进一步地，根据畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵对待输入空间光调制器的图像进行校正，经成像投影后形成数字仿体还包括：

24、依据变换矩阵设置空间光调制器对应的占空比，实现对视野的均匀度和照明的均匀度的修正。

25、第二方面，本发明实施例提供了一种数字仿体，通过上述的基于光强分布调校的数字仿体生成方法生成。

26、第三方面，本发明实施例提供了一种双通道数字仿体，由可见光数字仿体和近红外数字仿体进行空间配准，使得可见光数字仿体和近红外数字仿体在空间上重合形成；

27、其中，可见光数字仿体的形成过程包括：

28、对投影图像进行图像逆操作以实现相机标定；其中，图像逆操作包括畸变校正、视野均匀度校正和/或照明均匀度校正，分别得到畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵；

29、采用红、绿、蓝三色作为光源，根据畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵对待成像的可见光图像进行校正，将校正后的可见光图像输入至空间光调制器，形成可见光数字仿体；

30、近红外数字仿体的形成过程包括：

31、对投影图像进行图像逆操作以实现相机标定；其中，图像逆操作包括畸变校正、视野均匀度校正和/或照明均匀度校正，分别得到畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵；

32、采用多色近红外led作为光源，根据畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵对待成像的近红外光图像进行校正，将校正后的可见光图像输入至空间光调制器，形成近红外数字仿体。

33、第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器与所述处理器耦接；其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现上述的基于光强分布调校的数字仿体生成方法。

34、第五方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的基于光强分布调校的数字仿体生成方法。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

36、本发明提供了一种基于光强分布调校的数字仿体生成方法，通过对投影图像进行图像逆操作以实现相机标定，得到畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵，并根据畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵对待输入空间光调制器的图像进行校正，修改空间光调制器的像素分布，从而实现了对数字仿体的修正，提高了数字仿体的准确性，且视场角不影响荧光强度。本发明通过图像预处理以及空间光调制器的联合控制，简便有效，调节灵活。本发明方法可以实现多个数字仿体的空间配准，实现多通道数字仿体，解决投影遮挡问题。

技术特征：

1.一种基于光强分布调校的数字仿体生成方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于光强分布调校的数字仿体生成方法，其特征在于，对投影图像进行畸变校正得到畸变坐标映射关系的过程包括：

3.根据权利要求1所述的基于光强分布调校的数字仿体生成方法，其特征在于，对投影图像进行视野均匀度校正得到视野均匀度变换矩阵的过程包括：

4.根据权利要求1所述的基于光强分布调校的数字仿体生成方法，其特征在于，对投影图像进行照明均匀度校正得到照明均匀度变换矩阵的过程包括：

5.根据权利要求1所述的基于光强分布调校的数字仿体生成方法，其特征在于，根据畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵对待输入空间光调制器的图像进行校正，经成像投影后形成数字仿体包括：

6.根据权利要求1所述的基于光强分布调校的数字仿体生成方法，其特征在于，根据畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵对待输入空间光调制器的图像进行校正，经成像投影后形成数字仿体还包括：

7.一种数字仿体，其特征在于，通过权利要求1-6任一项所述的基于光强分布调校的数字仿体生成方法生成。

8.一种双通道数字仿体，其特征在于，由可见光数字仿体和近红外数字仿体进行空间配准，使得可见光数字仿体和近红外数字仿体在空间上重合形成；

9.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器与所述处理器耦接；其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现上述权利要求1-6任一项所述的基于光强分布调校的数字仿体生成方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的基于光强分布调校的数字仿体生成方法。

技术总结
本发明公开了一种基于光强分布调校的数字仿体生成方法，所述方法包括：对投影图像进行图像逆操作以实现相机标定；其中，图像逆操作包括畸变校正、视野均匀度校正和/或照明均匀度校正，分别得到畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵；根据畸变坐标映射关系、视野均匀度变换矩阵和/或照明均匀度变换矩阵对待输入空间光调制器的图像进行校正，经成像投影后形成数字仿体。本发明通过图像逆操作校正，减小数字仿体的畸变，提高了数字仿体的均匀度和光强准确性。

技术研发人员：陈晓鹏,杨青,祁绩,高兴俊
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8