全息圖處理方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及全息圖或者全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)處理方法和系統(tǒng)。所述系統(tǒng)實(shí)施所述方法，所述方法包括接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)至少包括傳播空間中離散位置處的全息強(qiáng)度圖案或者圖像，傳播空間包括三維空間，形成全息強(qiáng)度圖案的光波或者光照在所述三維空間上傳播。所述方法包括在所接收的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)中確定至少一個(gè)潛在感興趣對(duì)象(19)的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)；以及還包括將確定一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)和與對(duì)象關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定的傳播空間不變量對(duì)象描述符比較以確定匹配，以便識(shí)別或者檢測(cè)對(duì)象并且確定其在傳播空間里的位置。
【專利說明】全息圖處理方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及全息圖處理方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在例如數(shù)字式全息顯微鏡（離軸、同軸等）的全息應(yīng)用中，通過來自記錄裝置（例 如，C⑶或者CMOS記錄裝置）表面處的光源的參照和對(duì)象的波的干擾生成感興趣對(duì)象的全 息圖。得到的全息圖特別是表示全息圖的對(duì)象的全息強(qiáng)度圖案然后用于重建原始目標(biāo)位置 處對(duì)象的虛擬圖形。然后以常規(guī)方式分析這些重建的虛擬圖形以研究對(duì)象，例如，對(duì)象的屬 性。
[0003] 盡管全息強(qiáng)度圖案典型地包括大量與相應(yīng)對(duì)象關(guān)聯(lián)的信息，但是這些信息并不經(jīng) 常被使用或者未被充分使用。因此，本發(fā)明的目的至少是解決這種情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種方法，其包括：
[0005] 接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)至少包括傳播空間中離散位置處的全息強(qiáng)度圖 案或者圖像，傳播空間包括這樣一種空間例如三維空間，其中，與生成全息強(qiáng)度圖案關(guān)聯(lián)的 光照在該空間上傳播，以至少助于全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的生成；
[0006] 處理所接收的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)以確定所接收的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)潛在感 興趣對(duì)象的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)；以及
[0007] 將確定一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)和與對(duì)象關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定的對(duì)象描述 符比較以確定匹配，其中對(duì)象描述符是傳播空間不變量。
[0008] 方法可以包括提供多個(gè)對(duì)象描述符，每個(gè)對(duì)象描述符包括與傳播空間中的多個(gè)希 望離散位置分別關(guān)聯(lián)的多個(gè)描述符子集，其中每個(gè)描述符子集包括一個(gè)或者多個(gè)描述符關(guān) 鍵點(diǎn)。
[0009] 通過不同的定義，可以理解的是，在傳播空間收集關(guān)鍵點(diǎn)因而關(guān)鍵點(diǎn)被局域化至 傳播空間。關(guān)鍵點(diǎn)的集合可以形成對(duì)于感興趣對(duì)象的對(duì)象描述符。因而，對(duì)象描述符可以 變成傳播空間不變量以允許以傳播空間不變量的方式檢測(cè)和/或識(shí)別感興趣對(duì)象，而導(dǎo)致 檢測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)的子集可以另外地允許傳播空間中感興趣對(duì)象的局域化。
[0010] 方法可以包括在潛在感興趣對(duì)象的一個(gè)或多個(gè)確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)和對(duì)象描述符的 描述符關(guān)鍵點(diǎn)之間的匹配之后，助于潛在感興趣對(duì)象的識(shí)別以及所識(shí)別對(duì)象關(guān)于傳播空間 的位置的確定中的一個(gè)或者兩個(gè)和對(duì)象描述符的描述符關(guān)鍵點(diǎn)之間的匹配上的傳播空間 確定所識(shí)別對(duì)象的位置。
[0011] 方法可以包括通過分析與所接收全息強(qiáng)度圖案關(guān)聯(lián)的像素的強(qiáng)度值而確定數(shù)據(jù) 關(guān)鍵點(diǎn)。
[0012] 方法可以包括：
[0013] 接收對(duì)象的圖像；
[0014] 將波形傳播算法應(yīng)用于傳播空間上的多個(gè)離散位置的接收?qǐng)D像，因而生成與在傳 播空間上的離散位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)全息強(qiáng)度圖案；
[0015] 確定傳播空間上的每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案的描述符關(guān)鍵點(diǎn)；以及
[0016] 使用所確定描述符關(guān)鍵點(diǎn)和表示在傳播空間上的關(guān)聯(lián)的離散位置的信息，生成與 對(duì)象關(guān)聯(lián)的對(duì)象描述符。
[0017] 可以注意的是，多個(gè)生成的全息強(qiáng)度圖案可以通過波形傳播等式人工地生成。盡 管方法包括自動(dòng)生成人工全息圖并且訓(xùn)練該人工全息圖，可以理解的是，在一些示例性實(shí) 施例中，方法可以包括通過手動(dòng)地生成多個(gè)物理全息圖并將其訓(xùn)練，確定對(duì)象描述符的描 述符關(guān)鍵點(diǎn)。
[0018] 對(duì)象的圖像典型地包括對(duì)象的顯微鏡圖像。
[0019] 通過將確定描述符關(guān)鍵點(diǎn)和傳播空間中的對(duì)應(yīng)離散位置關(guān)聯(lián)，生成對(duì)象描述符子 集；
[0020] 通過關(guān)聯(lián)與對(duì)象對(duì)應(yīng)的每個(gè)生成的描述符子集，生成與該對(duì)象關(guān)聯(lián)的對(duì)象描述 符；以及
[0021] 將生成對(duì)象描述符存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。
[0022] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，對(duì)象描述符另外是尺度空間不變量，方法因而可以包 括：
[0023] 通過應(yīng)用模糊算法至每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案，對(duì)于在傳播空間上生成的多個(gè)全息 強(qiáng)度圖案中的每個(gè)全息強(qiáng)度圖案生成尺度空間，因而生成模糊圖案；
[0024] 通過將生成模糊圖像彼此相減，確定生成模糊圖像之間的差；
[0025] 定位確定差中的極值尺度不變量關(guān)鍵點(diǎn)；以及
[0026] 使用尺度不變量關(guān)鍵點(diǎn)以生成尺度空間不變量對(duì)象描述符。
[0027] 可以注意的是，方法可以包括通過以下步驟確定匹配的精度：
[0028] 應(yīng)用重建算法至接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以重建接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)回到與匹配關(guān)鍵點(diǎn) 關(guān)聯(lián)的傳播空間中的離散位置；
[0029] 在傳播空間中該位置處得到關(guān)鍵點(diǎn)；
[0030] 將新得到的關(guān)鍵點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫中的對(duì)象描述符比較，以增加匹配中的置信值。
[0031] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，方法可以包括獲取全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的步驟。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的第二方法，提供一種用于處理全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：
[0033] 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫；
[0034] 數(shù)據(jù)接收器模塊，其被配置為接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)至少包括傳播空 間中離散位置處的全息強(qiáng)度圖案或者圖像，傳播空間包括三維空間，其中與生成全息強(qiáng)度 圖案關(guān)聯(lián)的光照在該三維空間上傳播以至少助于全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的生成；
[0035] 數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊，其被配置為以確定接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)潛在感 興趣對(duì)象的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)；以及
[0036] 比較器模塊，其被配置為將確定的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)與存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中與 對(duì)象關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定對(duì)象描述符比較以確定匹配，其中對(duì)象描述符是傳播空間不 變量。
[0037] 數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)多個(gè)對(duì)象描述符，每個(gè)對(duì)象描述符包括與傳播空間中的多希望離散位 置分別關(guān)聯(lián)的多個(gè)描述符子集，其中每個(gè)描述符子集包括一個(gè)或者多個(gè)描述符關(guān)鍵點(diǎn)。每 個(gè)描述符子集可以包括表示傳播空間中關(guān)聯(lián)的離散位置的信息。
[0038] 系統(tǒng)包括分類器模塊，其被配置為在由比較模塊確定的在潛在感興趣對(duì)象的一個(gè) 或者多個(gè)確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)和數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的對(duì)象描述符的描述符關(guān)鍵點(diǎn)之間的匹配之后， 執(zhí)行潛在感興趣對(duì)象的的識(shí)別以及所識(shí)別對(duì)象關(guān)于傳播空間的位置的確定中的一個(gè)或者 多個(gè)。
[0039] 關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊被配置為通過分析與接收全息強(qiáng)度圖案關(guān)聯(lián)的像素的強(qiáng)度值，確 定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)。
[0040] 系統(tǒng)可以包括描述符確定模塊，其包括：
[0041] 訓(xùn)練數(shù)據(jù)接收器模塊，其被配置為接收對(duì)象的圖像；
[0042] 波形傳播模塊，其被配置為應(yīng)用波形傳播算法至傳播空間上的多個(gè)離散位置的接 收?qǐng)D像，因而生成與傳播空間上的離散位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)全息強(qiáng)度圖案；并且 [0043] 訓(xùn)練關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊，其被配置為確定在傳播空間上的每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案的 描述符關(guān)鍵點(diǎn)；
[0044] 其中描述符確定模塊被配置為使用確定描述符關(guān)鍵點(diǎn)和表示傳播空間上的關(guān)聯(lián) 離散位置的信息以生成與對(duì)象關(guān)聯(lián)的對(duì)象描述符。
[0045] 描述符確定模塊可以被配置為：
[0046] 通過關(guān)聯(lián)確定描述符關(guān)鍵點(diǎn)和傳播空間里的對(duì)應(yīng)離散位置，生成對(duì)象描述符子 集；
[0047] 通過關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)于對(duì)象的每個(gè)生成描述符子集，生成與對(duì)象關(guān)聯(lián)的對(duì)象描述符；以 及
[0048] 將生成對(duì)象描述符存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。
[0049] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，描述符確定模塊可以被配置為：
[0050] 通過應(yīng)用模糊算法至每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案，生成在傳播空間上生成的多個(gè)全息 強(qiáng)度圖案中的每個(gè)全息強(qiáng)度圖案的尺度空間，因而生成模糊圖像；
[0051] 通過將生成模糊圖像彼此相減，確定生成模糊圖像之間的差；
[0052] 定位確定差中的極值尺度不變量關(guān)鍵點(diǎn)；以及
[0053] 使用尺度不變量關(guān)鍵點(diǎn)以生成尺度空間不變量對(duì)象描述符。
[0054] 可以理解的是，對(duì)象的形狀和在傳播空間中其它視覺特征可以改變，并且對(duì)象的 尺寸可以改變。本發(fā)明有利地具體地解決了傳播空間上的改變。對(duì)于微小尺度的對(duì)象，可 以理解的是，傳播空間上的對(duì)象屬性的變化通常比尺寸變化更大。
[0055] 分類器模塊可以被配置為通過至少以下步驟確定匹配的精度：
[0056] 應(yīng)用重建算法至所接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以重建接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)回到與匹配關(guān)鍵 點(diǎn)關(guān)聯(lián)的傳播空間中的離散位置；
[0057] 在傳播空間中的該位置處得到關(guān)鍵點(diǎn)；
[0058] 比較所得到的關(guān)鍵點(diǎn)與對(duì)象描述符，以確定匹配。
[0059] 系統(tǒng)還可以包括全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)獲取裝置。
[0060] 全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)獲取裝置可以包括：
[0061] 光照裝置，其被配置為生成光照；
[0062] 空間濾波器，其位于距離光照裝置預(yù)定距離處，空間濾波器包括至少一個(gè)光照孔 以用于來自光照裝置的光照從光照孔通過；
[0063] 樣品保持器，其可去除地位于距離空間濾波器預(yù)定距離處，樣品保持器被配置為 在來自光照孔的光照的傳播空間中保持樣品材料；以及
[0064]圖像記錄裝置，其與來自樣品保持器的光照的傳播空間中的樣品保持器距離預(yù)定 距離，圖像記錄裝置被配置為至少生成樣品保持器中的材料的數(shù)字全息強(qiáng)度圖案。
[0065] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，其提供非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀媒介，其包括一組計(jì)算機(jī)可讀 指令，當(dāng)該組計(jì)算機(jī)可讀指令在計(jì)算裝置上執(zhí)行時(shí)導(dǎo)致計(jì)算裝置執(zhí)行上文所描述的方法步 驟。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0066] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的處理全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的示意性框圖； [0067] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)獲取裝置；
[0068] 圖3(a)示出了包括多個(gè)對(duì)象的樣品的示例性原始圖像；
[0069] 圖3(b)示出了生成的全息強(qiáng)度圖案的圖像；
[0070] 圖3(c)示出了（b)中的全息強(qiáng)度圖案的重建圖像；
[0071] 圖4示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的全息圖的示意圖；
[0072] 圖5示出了根示出據(jù)示例性實(shí)施例的向量位置的圓盤的示意圖；
[0073] 圖6示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的處理全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的方法的高級(jí)流程圖；
[0074] 圖7示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的方法的另一個(gè)流程圖；
[0075] 圖8示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的方法的另一個(gè)流程圖；以及
[0076] 圖9示出了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)例形式中的機(jī)器的圖示法，其中可以執(zhí)行使得機(jī)器執(zhí) 行文中所討論方法的任意一個(gè)或多個(gè)的指令集。

【具體實(shí)施方式】
[0077] 在下文的描述中，為了說明的目的，闡述許多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本公開的實(shí)施 例的全面理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是本公開可以實(shí)踐而無須這些具體細(xì) 節(jié)。
[0078] 參考附圖中的圖1，其中根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的系統(tǒng)通常由附圖標(biāo)記10指 代。系統(tǒng)10典型地是處理全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)以用于各種應(yīng)用例如用于識(shí)別數(shù)字全息顯微鏡中 感興趣對(duì)象的處理系統(tǒng)10。
[0079] 系統(tǒng)10包括存儲(chǔ)非暫態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫或者存儲(chǔ)裝置12。數(shù)據(jù)庫12可以是位于一 個(gè)或者多個(gè)位置但是彼此數(shù)據(jù)通信的一個(gè)或者多個(gè)適合的裝置，以提供信息的數(shù)字存儲(chǔ)裝 置。
[0080] 將會(huì)注意到的是，系統(tǒng)10可以是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)或者操作的系統(tǒng)并且可以包括具有 非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的一個(gè)或者多個(gè)處理器，例如，存儲(chǔ)指令或者軟件的數(shù)據(jù)庫12指令 文中所描述的系統(tǒng)10的操作。參考文中所公開的方法而描述的步驟典型地由與文中所描 述的描述關(guān)聯(lián)的一個(gè)或者多個(gè)步驟的應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)。
[0081] 通過不同的定義，系統(tǒng)10包括多個(gè)組件或者模塊，其對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)10所執(zhí)行的功能 任務(wù)。說明書的上下文中的術(shù)語"模塊"可以被理解為包括代碼的可識(shí)別部分、計(jì)算機(jī)的或 者可執(zhí)行的指令、數(shù)據(jù)或計(jì)算對(duì)象以實(shí)現(xiàn)特定功能、操作、處理或過程。因而，模塊不需要在 軟件中實(shí)現(xiàn)，模塊可以在軟件、硬件或者軟件與硬件的組合來實(shí)現(xiàn)。另外，模塊不一定需要 被合并到一個(gè)裝置中，而是可以在多個(gè)裝置之間傳播。所描述的一些模塊在功能上可以重 疊并且在實(shí)踐中可以包括單模塊。然而，為了易于解釋，它們將視情況被分別描述和提及。
[0082] 現(xiàn)在參考圖2和圖3,系統(tǒng)10包括數(shù)據(jù)接收器模塊14,其被配置為接收至少包括 全息強(qiáng)度圖案或者圖像的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，全息強(qiáng)度圖像的實(shí)例在圖3(b)中示出。為了簡(jiǎn)便 起見，在描述中，術(shù)語"全息"、"全息強(qiáng)度圖案"和"全息圖像"可以理解地指代相同的內(nèi)容。
[0083] 在一個(gè)實(shí)例性實(shí)施例中，數(shù)據(jù)接收器模塊14可以配置為接收來自圖2中示出的全 息強(qiáng)度數(shù)據(jù)獲取裝置16的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，裝置16被配置為獲取全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)。因而模塊 14硬連接或者經(jīng)由無線通信通道中的任意一種與數(shù)據(jù)獲取裝置16數(shù)據(jù)通信。全息強(qiáng)度圖 案典型地與包括多個(gè)感興趣對(duì)象19例如血細(xì)胞的感興趣材料關(guān)聯(lián)?？梢岳斫獾氖?，在一些 示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)10可選擇地包括數(shù)據(jù)獲取裝置16,系統(tǒng)10因而包括同軸（或者離 軸，視情況而定）數(shù)字全息顯微鏡系統(tǒng)。
[0084] 在圖2中，數(shù)據(jù)獲取裝置16包括配置為生成光照的光照裝置或者光照源18.光照 裝置18包括例如紅外激光二極管（808納米）或者藍(lán)色激光二極管（408納米）的二極管 光源。平面空間濾波器20位于距離光照裝置預(yù)定距離處?？臻g濾波器20包括直徑約50 微米的至少一個(gè)圓形光照孔20. 1以用于來自光照裝置18的光照從所述光照孔20. 1通過。 有利地選擇光照孔20. 1的形狀和/或尺寸，改善來自光照裝置18的光或者光照的準(zhǔn)直。換 句話說，將會(huì)注意到的是，孔20. 1的功能是在波與對(duì)象相交之前創(chuàng)建準(zhǔn)直光束。
[0085] 濾波器20設(shè)置為垂直于來自光照裝置18的光照的傳播方向。從孔20. 1發(fā)射的 光照典型地包括在傳播空間Z上傳播的衍射光波。傳播空間Z可以寬松地定義為這樣一種 空間，其中，來自裝置18的光或者來自濾波器20的衍射光在該空間上傳播以助于生成全息 圖。傳播空間Z可以是三維的物理空間。然而，對(duì)于本說明書，傳播空間Z與平行于來自光 照裝置18的光波或者光照傳播的主軸的單維相對(duì)應(yīng)。
[0086] 傳播空間可以與特定系統(tǒng)10或者裝置16唯一地關(guān)聯(lián)。
[0087] 在任何情況下，裝置16還包括可去除地位于從空間濾波器20預(yù)定距離處的樣品 保持器22,樣品保持器22被配置為保持樣品材料在來自光照孔20. 1的光照的傳播空間Z 中。載物片中的材料典型地包括感興趣對(duì)象19例如血細(xì)胞。樣品保持器22可以包括玻璃 構(gòu)成的透明的顯微鏡載物片。
[0088] 裝置16最后包括圖像記錄裝置或者圖像傳感器24,其在來自樣品保持器22的光 照的傳播空間Z中位于與樣品保持器22預(yù)定距離處。圖像記錄裝置24典型地配置為至少 響應(yīng)從裝置18經(jīng)傳播空間Z入射在其上的光照，生成樣品保持器22中材料的數(shù)字全息強(qiáng) 度圖案。因而，裝置24可以從電荷耦合裝置（CCD)中選擇或者優(yōu)先地為互補(bǔ)金屬氧化物半 導(dǎo)體（CMOS)圖像傳感器，其基本上垂直于光照傳播空間Z設(shè)置。
[0089] 通過不同的定義，傳播空間Z是這樣一種空間，其中從裝置18傳播的光照或者光 波或者來自濾波器20的衍射光在該空間上經(jīng)過樣品保持器18中的樣品達(dá)到裝置24以形 成樣品保持器18中樣品的全息的空間。
[0090] 裝置16典型地具有較少透鏡，并且CMOS圖像傳感器生成的數(shù)字全息強(qiáng)度圖案可 以包括具有這樣一種像素值的像素矩陣，該像素值對(duì)應(yīng)于與全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的參數(shù)例如 像素強(qiáng)度等。在一些示例性實(shí)施例中，為了圖像增強(qiáng)的目的，像素值可以從一個(gè)或者多個(gè)相 鄰圖像計(jì)算。將會(huì)注意到的是，為了更好的估計(jì)像素值，工作人員應(yīng)該使用來自相鄰像素的 信息?？刹捎贸直媛始夹g(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的精度，其在此情況中可以基于光照裝置18和傳感 器或者圖像記錄裝置24之間的（單獨(dú)或者共同）變化的相、波長(zhǎng)和相對(duì)空間位移。
[0091] 在任何情況下，返回到圖1，可以注意到，模塊14接收的全息強(qiáng)度圖案基本上對(duì)應(yīng) 于傳播空間Z中的單個(gè)離散位置。
[0092] 系統(tǒng)10還包括數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊26,其配置為處理接收全息強(qiáng)度圖案并且確 定接收全息強(qiáng)度圖像中的至少一個(gè)潛在感興趣對(duì)象的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)。在一個(gè)示 例性實(shí)施例中，模塊26垂直于接收全息強(qiáng)度圖像的像素并且以常規(guī)方式選擇具有感興趣 強(qiáng)度值的像素例如局部最大的位置和最小位置等。可以注意到，確定的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)應(yīng)于 模塊26所選擇的一個(gè)或者多個(gè)感興趣像素。在某些示例性實(shí)施例中，極值點(diǎn)也可以從通過 尺寸空間的兩個(gè)相鄰的瞬態(tài)圖的差中提取。這可以降低所檢測(cè)的更突出那些關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù) 量。
[0093] 系統(tǒng)10還包括比較器模塊28,其配置為將確定的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)與存 儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫12中的多個(gè)預(yù)定對(duì)象描述符比較以確定匹配。每個(gè)對(duì)象描述符與特定對(duì)象例 如血細(xì)胞（例如白血細(xì)胞）關(guān)聯(lián)。另外并且更重要的，可以注意的是，對(duì)象描述符有利地是 傳播空間Z不變量。為此，對(duì)應(yīng)于對(duì)象的每個(gè)對(duì)象描述符典型地包括多個(gè)描述符子集，其中 每個(gè)描述符子集包括至少描述符關(guān)鍵點(diǎn)和表示傳播空間Z中的關(guān)聯(lián)離散位置的信息。
[0094] 描述符關(guān)鍵點(diǎn)在組成方面可以與數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)類似并且因而還可以包括與感興趣 像素關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)例如像素強(qiáng)度值。比較器模塊28因而被配置為至少比較確定潛在感興趣 對(duì)象的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)和對(duì)象描述符的描述符關(guān)鍵點(diǎn)，以確定匹配或者基本匹配。可以理解的 是，為了確定基本匹配，比較器模塊28通常將確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)和存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫12中的所有 對(duì)象描述符的描述符關(guān)鍵點(diǎn)比較，以確定基本匹配。
[0095] 盡管系統(tǒng)10基本上處理像素或者與像素關(guān)聯(lián)的信息、與所接收全息圖關(guān)聯(lián)的信 息，但是為了易于說明，將參考關(guān)鍵點(diǎn)和感興趣區(qū)域，其相應(yīng)地包括一個(gè)或者多個(gè)感興趣像 素或者與該一個(gè)或者多個(gè)感興趣像素關(guān)聯(lián)的信息。
[0096] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，每個(gè)描述符關(guān)鍵點(diǎn)包括向量，該向量存儲(chǔ)例如與在傳播 空間Z上的特定的離散位置或者點(diǎn)處的描述符關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)聯(lián)的像素強(qiáng)度值。因而，描述符子 集可以包括與關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)聯(lián)的向量，但是另外還包括表示與相應(yīng)關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)聯(lián)的傳播空間Z中 的離散位置的信息。通過不同的定義，可以理解的是傳播空間不變對(duì)象描述符將包括描述 符關(guān)鍵點(diǎn)的描述符子集，其中每個(gè)描述符子集從傳播空間中離散位置得到。如果在數(shù)據(jù)庫 12中存在與特定描述符子集的匹配，那么該描述符子集將表示傳播空間中的位置。因此，在 對(duì)象描述符中，或者對(duì)象描述符向量中，甚至可以排序子集，使得向量中的第一元素之間的 描述符子集對(duì)應(yīng)于傳播空間的一端，并且向量端部的那些描述符子集對(duì)應(yīng)于傳播空間的另 一端（取決于希望傳播空間的尺寸）。
[0097] 然而，取決于例如計(jì)算資源和效率各種因素，可以理解的是，每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)不需要包 括向量而是可以包括單個(gè)像素值或者平均值等。
[0098] 在任何情況下，可以理解的是，訓(xùn)練對(duì)象描述符以具有多個(gè)傳播空間Z中各個(gè)離 散位置的描述符子集，對(duì)象描述符的訓(xùn)練有利地導(dǎo)致所得到的對(duì)象描述符為關(guān)于傳播空間 Z的有利不變量。訓(xùn)練通常采用隨后執(zhí)行識(shí)別和/或檢測(cè)的相同或者相似的裝置16。
[0099] 系統(tǒng)10典型地包括分類器模塊30,其被配置為在由比較器模塊28確定的匹配之 后，識(shí)別接收全息強(qiáng)度圖案中的潛在感興趣對(duì)象19。
[0100] 結(jié)果，分類器模塊30還被配置為在模塊28的匹配之后，確定所識(shí)別對(duì)象關(guān)于傳播 空間Z的離散位置，因?yàn)槊枋龇蛹械拿枋龇P(guān)鍵點(diǎn)與傳播空間Z中的相應(yīng)離散位置關(guān) 聯(lián)。后者可以按傳播空間Z的離散化所允許的分辨率進(jìn)行。在實(shí)際應(yīng)用中，這意味著可以 從全息圖（全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)）的單個(gè)瞬態(tài)圖中識(shí)別對(duì)象，而不必重新聚焦和檢索全息重建以 首先找到對(duì)象，因而改善檢測(cè)速度。
[0101] 可以在運(yùn)行系統(tǒng)10之前確定對(duì)象描述符以識(shí)別感興趣對(duì)象。
[0102] 針對(duì)這點(diǎn)，系統(tǒng)10包括描述符確定模塊32,其被配置為以上文所描述的方式生成 系統(tǒng)10使用的對(duì)象描述符?？梢岳斫獾氖?，對(duì)象描述符不必由系統(tǒng)10生成，并且對(duì)象描述 符可以在外部生成的但是僅被系統(tǒng)10使用。
[0103] 特別的，模塊32還包括訓(xùn)練數(shù)據(jù)接收模塊34,其被配置為接收對(duì)象的圖像。在此 情況下，模塊34接收到的圖像是傳統(tǒng)的顯微鏡圖像，例如，圖3(a)所示出的圖像但是不是 全息圖。在一些示例性實(shí)施例中，模塊34接收全息圖，其可以重建以與傳統(tǒng)圖像相似的方 式使用。
[0104] 模塊32還包括波形傳播模塊36,其被配置為應(yīng)用波形傳播算法至模塊34接收的 圖像以生成與在傳播空間Z的不同離散位置對(duì)應(yīng)的全息強(qiáng)度圖案。特別地，模塊36被配置 為離散化傳播空間Z并且對(duì)于在離散化的傳播空間Z上的每個(gè)希望離散位置應(yīng)用波形傳播 算法以在傳播空間Z中的離散位置位生成全息圖。
[0105] 為了上文所描述的目的，例如取決于例如計(jì)算效率，分辨率和精度的標(biāo)準(zhǔn)，模塊36 可以被配置為將傳播空間離散化為預(yù)定數(shù)量的位置或者區(qū)域。為此，應(yīng)當(dāng)理解的是，模塊32 有利地被配置為接收至少表示傳播空間Z的尺寸的信息。
[0106] 在優(yōu)選地示例性實(shí)施例中，波形傳播算法通常實(shí)施或者應(yīng)用下面的波形傳播等式 (1)所描述的方法。
[0107]

【權(quán)利要求】
1. 一種處理全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的方法，其中，所述方法包括： 接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)至少包括傳播空間中離散位置處的全息強(qiáng)度圖案或 者圖像，傳播空間包括這樣一種空間，其中，與生成全息強(qiáng)度圖案關(guān)聯(lián)的光照在該空間上傳 播，以至少助于全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的生成； 處理所接收的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)以確定所接收的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)潛在感興趣 對(duì)象的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)；以及 將確定的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)和與對(duì)象關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定的對(duì)象描述符 比較以確定匹配，其中對(duì)象描述符是傳播空間不變量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法包括：提供多個(gè)對(duì)象描述符，每個(gè)對(duì)象 描述符包括與傳播空間中的多個(gè)希望離散位置分別關(guān)聯(lián)的多個(gè)描述符子集，其中每個(gè)描述 符子集包括一個(gè)或者多個(gè)描述符關(guān)鍵點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述方法包括：在潛在感興趣對(duì)象的一個(gè)或多個(gè) 確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)和對(duì)象描述符的描述符關(guān)鍵點(diǎn)之間的匹配之后，助于潛在感興趣對(duì)象的識(shí) 別和檢測(cè)以及所識(shí)別對(duì)象關(guān)于傳播空間的位置的確定中的一個(gè)或者多個(gè)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法包括通過分析與接收全息強(qiáng)度圖 案關(guān)聯(lián)的像素的強(qiáng)度值，確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法包括： 接收對(duì)象的圖像； 將波形傳播算法應(yīng)用于傳播空間上的多個(gè)離散位置的接收?qǐng)D像，因而生成與在傳播空 間上的離散位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)全息強(qiáng)度圖案； 確定傳播空間上的每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案的描述符關(guān)鍵點(diǎn)；以及 使用所確定描述符關(guān)鍵點(diǎn)和表示在傳播空間上的關(guān)聯(lián)的離散位置的信息，生成與對(duì)象 關(guān)聯(lián)的對(duì)象描述符。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，對(duì)象的圖像包括對(duì)象的顯微鏡圖像。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5至6中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法包括： 通過將確定描述符關(guān)鍵點(diǎn)和傳播空間中的對(duì)應(yīng)離散位置關(guān)聯(lián)，生成對(duì)象描述符子集； 通過關(guān)聯(lián)與對(duì)象對(duì)應(yīng)的每個(gè)生成的描述符子集，生成與該對(duì)象關(guān)聯(lián)的對(duì)象描述符；以 及 將生成對(duì)象描述符存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，對(duì)象描述符另外是在尺度空間上 的尺度空間不變量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述方法包括： 通過應(yīng)用模糊算法至每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案，對(duì)于在傳播空間上生成的多個(gè)全息強(qiáng)度 圖案中的每個(gè)全息強(qiáng)度圖案生成尺度空間，因而生成模糊圖案； 通過將生成模糊圖像彼此相減，確定生成模糊圖像之間的差； 定位確定差中的極值尺度不變量關(guān)鍵點(diǎn)；以及 使用尺度不變量關(guān)鍵點(diǎn)以生成尺度空間不變量對(duì)象描述符。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法包括通過以下步驟確定匹 配的精度： 應(yīng)用重建算法至接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以重建接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)回到與匹配關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)聯(lián) 的傳播空間中的離散位置； 在傳播空間中該位置處得到關(guān)鍵點(diǎn)； 將新得到的關(guān)鍵點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫中的對(duì)象描述符比較，以增加匹配中的置信值。
11. 一種處理全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫； 數(shù)據(jù)接收器模塊，其被配置為接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，所述全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)至少包括傳播空 間中離散位置處的全息強(qiáng)度圖案或者圖像，所述傳播空間包括這樣一種空間，其中與生成 全息強(qiáng)度圖案關(guān)聯(lián)的光照在該種空間上傳播以至少助于全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的生成； 數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊，其被配置為處理接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)以確定接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)中 的至少一個(gè)潛在感興趣對(duì)象的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)；以及 比較器模塊，其被配置為將確定的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)與存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中與對(duì) 象關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定對(duì)象描述符比較以確定匹配，其中對(duì)象描述符是傳播空間不變 量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)多個(gè)對(duì)象描述符，每個(gè)對(duì)象描 述符包括與傳播空間中的多希望離散位置分別關(guān)聯(lián)的多個(gè)描述符子集，其中每個(gè)描述符子 集包括一個(gè)或者多個(gè)描述符關(guān)鍵點(diǎn)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括分類器模塊，其被配置為在由所 述比較模塊確定的在潛在感興趣對(duì)象的一個(gè)或者多個(gè)確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)和數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的 對(duì)象描述符的描述符關(guān)鍵點(diǎn)之間的匹配之后，執(zhí)行潛在感興趣對(duì)象的的識(shí)別和檢測(cè)以及所 識(shí)別對(duì)象關(guān)于傳播空間的位置的確定中的一個(gè)或者多個(gè)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊被配置 為通過分析與接收全息強(qiáng)度圖案關(guān)聯(lián)的像素的強(qiáng)度值，確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12至14中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括描述符確定模 塊，其包括： 訓(xùn)練數(shù)據(jù)接收器模塊，其被配置為接收對(duì)象的圖像； 波形傳播模塊，其被配置為應(yīng)用波形傳播算法至傳播空間上的多個(gè)離散位置的接收?qǐng)D 像，因而生成與傳播空間上的離散位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)全息強(qiáng)度圖案；并且 訓(xùn)練關(guān)鍵點(diǎn)提取模塊，其被配置為確定在傳播空間上的每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案的描述 符關(guān)鍵點(diǎn)； 其中描述符確定模塊被配置為使用確定描述符關(guān)鍵點(diǎn)和表示傳播空間上的關(guān)聯(lián)離散 位置的信息以生成與對(duì)象關(guān)聯(lián)的對(duì)象描述符。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，對(duì)象的圖像包括對(duì)象的顯微鏡圖像。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，描述符確定模塊可以被配置為： 通過關(guān)聯(lián)確定描述符關(guān)鍵點(diǎn)和傳播空間里的對(duì)應(yīng)離散位置，生成對(duì)象描述符子集； 通過關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)于對(duì)象的每個(gè)生成描述符子集，生成與對(duì)象關(guān)聯(lián)的對(duì)象描述符；以及 將生成對(duì)象描述符存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15至17中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，對(duì)象描述符另外是尺度空間 不變量，其中描述符確定模塊被配置為： 通過應(yīng)用模糊算法至每個(gè)生成全息強(qiáng)度圖案，生成在傳播空間上生成的多個(gè)全息強(qiáng)度 圖案中的每個(gè)全息強(qiáng)度圖案的尺度空間，因而生成模糊圖像； 通過將生成模糊圖像彼此相減，確定生成模糊圖像之間的差； 定位確定差中的極值尺度不變量關(guān)鍵點(diǎn)；以及 使用尺度不變量關(guān)鍵點(diǎn)以生成尺度空間不變量對(duì)象描述符。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，分類器模塊被配置為通過至少以下步驟確定 匹配精度： 應(yīng)用重建算法至所接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以重建接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)回到與匹配關(guān)鍵點(diǎn)關(guān) 聯(lián)的傳播空間中的離散位置； 在傳播空間中的該位置處得到關(guān)鍵點(diǎn)； 比較所得到的關(guān)鍵點(diǎn)與對(duì)象描述符，以確定匹配。
20. 根據(jù)權(quán)利要求11至19中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括全息強(qiáng)度數(shù)據(jù) 獲取裝置，其包括： 光照裝置，其被配置為生成光照； 空間濾波器，其位于距離光照裝置預(yù)定距離處，空間濾波器包括至少一個(gè)光照孔以用 于來自光照裝置的光照從所述光照孔通過； 樣品保持器，其可去除地位于距離空間濾波器預(yù)定距離處，樣品保持器被配置為在來 自光照孔的光照的傳播空間中保持樣品材料；以及 圖像記錄裝置，其與來自樣品保持器的光照的傳播空間中的樣品保持器距離預(yù)定距 離，圖像記錄裝置被配置為至少生成樣品保持器中的材料的數(shù)字全息強(qiáng)度圖案。
21. -種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀媒介，其包括一系列指令，當(dāng)該指令被計(jì)算裝置執(zhí)行時(shí)導(dǎo)致 該計(jì)算裝置執(zhí)行以下步驟： 接收全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)，全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)至少包括傳播空間中離散位置處的全息強(qiáng)度圖案或 者圖像，傳播空間包括這樣一種空間，其中，與生成全息強(qiáng)度圖案關(guān)聯(lián)的光照在該空間上傳 播，以至少助于全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)的生成； 處理所接收的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)以確定所接收的全息強(qiáng)度數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)潛在感興趣 對(duì)象的一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)；以及 將確定一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)和與對(duì)象關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)預(yù)先確定的對(duì)象描述符比 較以確定匹配，其中對(duì)象描述符是傳播空間不變量。
【文檔編號(hào)】G03H1/04GK104115074SQ201280068912
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月2日
【發(fā)明者】特加朗·奈杜, 約翰·昂德里克·斯瓦特, 蘇珊娜·雨果, 皮特·萬羅伊恩 申請(qǐng)人:Csir公司