專利名稱：用于去除光學(xué)斷面圖像線條的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從光學(xué)圖像的斷層去除線條的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
獲得三維對象的二維圖像經(jīng)常是期望的，例如，用于器官研究。對對象成像經(jīng)常通過顯微鏡來進行。通過成像三維對象的特定二維平面-切片，則圖像的清晰度得到增強。
傳統(tǒng)系統(tǒng)通過多種不同方法產(chǎn)生三維對象內(nèi)的二維平面的圖像，包括去卷積、共焦激光掃描和光學(xué)斷層(optical sectioning)。對于光學(xué)斷層，傳統(tǒng)系統(tǒng)將格柵圖案投影在三維圖像內(nèi)的特定平面，并僅由該格柵圖案落在的那些像素來構(gòu)造圖像。該平面是相對于對象來選擇的一個平面。待成像對象的平面取決于對象相對于所選擇的平面的位移。格柵圖案是指改變光強度的圖案，其可以繪制成針對像素測量的正弦波，使得峰和最低強度每隔給定數(shù)目的像素周期性出現(xiàn)。圖1為說明用于執(zhí)行光學(xué)斷層的傳統(tǒng)系統(tǒng)(例如顯微鏡)的部件的示意圖。燈100發(fā)射光，光照射在水平線的格柵102上且隨后作為格柵圖案被分束器104反射到待成像對象上。由該對象反射的光，包括該格柵圖案，隨后被相機106捕獲為圖像。該圖像由處理器108處理以產(chǎn)生輸出圖像。具體而言，處理器108提供僅由格柵圖案落在的那些像素構(gòu)成的輸出圖像。
盡管將格柵圖案投影在對象上使得可以除去不屬于該對象期望平面的那些像素，但是這也在得到的圖像中增加了不期望的格柵圖案。相應(yīng)地，格柵102移動到多個位置，在這些位置的每一個得到圖像，且這些圖像被組合以形成無格柵線的單幅圖像。提供壓電驅(qū)動致動器110以移動格柵102。壓電驅(qū)動致動器110響應(yīng)于輸入電壓。該電壓例如可以由處理器108產(chǎn)生。壓電驅(qū)動致動器110移動格柵102的程度取決于施加到壓電驅(qū)動致動器110的具體電壓。格柵圖案的特定強度投影在上面的對象的特定部分，取決于格柵102的位置。壓電驅(qū)動致動器110被移動以在三個位置之間移動格柵。這些位置設(shè)置為使得所得到的相應(yīng)格柵圖案的強度可以繪制成相應(yīng)正弦波，其中該正弦波內(nèi)特定點在該三個格柵圖案之間被相移相同相位角，即，0度、120度和240度的相位角，每個分隔120度。對于格柵102的三個位置的每一個，相機106捕獲相應(yīng)圖像。圖2示出相互疊加的3幅圖像及其相應(yīng)格柵線強度曲線。
對于每個像素，處理器108使用公式來組合從三幅圖像的每一幅得到的值，其中Ip代表組合像素值，I1、I2和I3分別代表該三幅圖像的相應(yīng)一幅圖像的像素值，且α等于

由于格柵圖案相位定為等量的120

，即，相位角為0

、120

和240

，該三幅圖像內(nèi)特定像素處的格柵圖案的正弦波相互抵消，即，它們的值平均為零。此外，廣視野圖像，即，格柵圖案未聚焦處的圖像的部分被I1-I2、I2-I3和I3-I1抵消。相應(yīng)地，由該三幅圖像的組合確定的Ip的值不包含格柵線內(nèi)相應(yīng)點的值。輸出圖像因此不包含格柵線。
為了保證施加到壓電驅(qū)動致動器110的電壓將致使壓電驅(qū)動致動器110把格柵102移動正確量(此時格柵圖案相移120度)，某些或所有傳統(tǒng)系統(tǒng)需要校準(zhǔn)。對于校準(zhǔn)，具有大致上均勻表面的對象，例如平滑鏡子，作為待成像對象被插入，且如上所述捕獲三幅圖像。如果相位不正確，偽影出現(xiàn)在組合圖像內(nèi)，其中該偽影為格柵圖案頻率的諧波。相應(yīng)地，施加到壓電驅(qū)動致動器110的電壓，且因此相位，被反復(fù)改變。對于每一改變，記錄三幅圖像，且通過快速傅立葉變換(FFT)來測量組合圖像內(nèi)的偽影的信號功率。這些改變被重復(fù)，直到該信號功率確定為小于特定閾值，表明偽影的基本除去，這對應(yīng)于近似正確的相移。一旦得到近似正確的相移，校準(zhǔn)完成。
該過程需要組合每組三幅圖像的像素值，用于進行偽影分析。該過程通?；?5秒，但是可長達5分鐘。此外，相位角不是直接確定。相反，得到的是近似對應(yīng)于圖像位于期望相位角的情形的相位角，即，低于偽影信號閾值的減小。該過程無法精確得到期望相位角。此外，偽影信號低于閾值的情形無法使用FFT來精確地確定，特別是考慮FFT低的精確度，這至少部分可歸因于以離散值測量信號功率。因此，未完全從圖像除去格柵線和/或偽影。
此外，就圖像強度值而言，由相機106返回的像素值經(jīng)常不精確。相應(yīng)地，偽影的強度的測量經(jīng)常不準(zhǔn)確。壓電驅(qū)動致動器110因此被不準(zhǔn)確地校準(zhǔn)。
再者，與校準(zhǔn)過程的精確度無關(guān)地，通過組合三幅圖像得到的輸出圖像經(jīng)常包含偽影。偽影經(jīng)常為與格柵圖案類似的圖像強度的正弦變化。盡管偽影的正弦變化不一定與格柵圖案頻率相同，但是其通常是格柵圖案的產(chǎn)物且位于格柵圖案的正弦波的某個諧波。偽影存在諸多可能起因。示例性起因為例如壓電驅(qū)動致動器110的部件的未對準(zhǔn)，這導(dǎo)致圖像的像素值之間的強度變化(而非格柵圖案本身導(dǎo)致的強度變化)。這種強度變化導(dǎo)致三幅圖案在組合時格柵圖案并不抵消。其它因素也對偽影產(chǎn)生貢獻。
此外，盡管組合三幅圖像可以除去格柵線，但是該過程不產(chǎn)生最優(yōu)圖像。
相應(yīng)地，本領(lǐng)域需要一種系統(tǒng)和方法，用于有效地校準(zhǔn)格柵102的移動并提供無格柵線或偽影的最優(yōu)圖像。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例涉及，通過確定連續(xù)地投影在待成像對象上的格柵圖案的相位角，經(jīng)由光學(xué)斷層來產(chǎn)生圖像的設(shè)備、計算機系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的實施例涉及基于格柵圖案的相位角來產(chǎn)生圖像的設(shè)備、計算機系統(tǒng)和方法，其中格柵圖案的相位角是參照為實際記錄像素值的對數(shù)值或近似對數(shù)像素值的像素值來設(shè)置或確定的。本發(fā)明的實施例涉及基于多幅圖像的值來產(chǎn)生圖像的設(shè)備、計算機系統(tǒng)和方法，該圖像包含超過三幅圖像組合，特別是其中該多幅圖像的每對連續(xù)圖像中的圖像是以不同相位角來得到的，即，每一幅圖像的相位角均與其前一幅圖像不同。此處使用的連續(xù)圖像是指就格柵圖案相位角而言是連續(xù)的，而非記錄時間上的連續(xù)。本發(fā)明的實施例涉及從通過光學(xué)斷層產(chǎn)生的輸出圖像除去偽影的設(shè)備、計算機系統(tǒng)和方法。
該計算機系統(tǒng)可包含以任何傳統(tǒng)計算機語言寫入的計算機程序?？捎糜趯嵤┍景l(fā)明的計算機系統(tǒng)和方法的示例性計算機語言可以為C和/或MATLAB。



圖1為說明用于執(zhí)行光學(xué)斷層的傳統(tǒng)成像系統(tǒng)的部件的框圖。
圖2說明傳統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)記錄的三幅圖像的疊加及其相應(yīng)格柵圖案強度。
圖3為說明本發(fā)明示例性實施例的成像系統(tǒng)的示例性部件的框圖。
圖4為說明本發(fā)明示例性實施例的用于產(chǎn)生光學(xué)斷面圖像(optical section image)的過程的流程和數(shù)據(jù)流圖。
圖5說明本發(fā)明示例性實施例的用于確定輸出圖像像素值的，像素值的同相及正交分量與輸出像素值的關(guān)系。
圖6為說明本發(fā)明示例性實施例的用于產(chǎn)生光學(xué)斷面圖像的第二過程的流程和數(shù)據(jù)流圖。
圖7說明一示例性成像區(qū)域，該成像區(qū)域具有對同一像素行產(chǎn)生不同影響的格柵圖案。
圖8說明本發(fā)明示例性實施例的可用于確定格柵圖案傾斜的頻率集。
圖9說明分量r、a、b和相位角的關(guān)系，其中a和b分別為幅值的余弦和正弦分量。
圖10說明本發(fā)明示例性實施例的用于產(chǎn)生輸出圖像的超過三幅圖像的相位角。
圖11a和11b示出未變換圖像和本發(fā)明實施例的變換圖像的圖像強度正弦變化之間的差異。
圖12為說明本發(fā)明示例性實施例的通過減去代表偽影的正弦波來除去偽影的過程的流程。
圖13為說明本發(fā)明示例性實施例的通過修正圖像壓縮數(shù)據(jù)來除去偽影的過程的流程。
圖14為包括通過光學(xué)斷層產(chǎn)生的偽影的示例性圖像。
圖15為依據(jù)本發(fā)明示例性實施例可產(chǎn)生的示例性壓縮圖像。
圖16為本發(fā)明示例性實施例的通過從光學(xué)斷面圖像除去偽影可產(chǎn)生示例性圖像。

具體實施例方式 直接計算相位角 圖3說明本發(fā)明實施例的成像系統(tǒng)的部件。圖3中參考圖1在上文所述的部件使用相同的參考符號。參考圖3，在本發(fā)明實施例中，為了獲得對象的圖像，格柵102可以通過壓電驅(qū)動致動器110移動到三個不同位置。將理解，可以使用壓電驅(qū)動致動器以外的致動器。每個位置可處于不同相位角。對于該三個位置的每一個，相機106，例如CCD(電荷耦合裝置)相機或其他傳統(tǒng)相機，可以記錄包括格柵線的相應(yīng)圖像。處理器108可以基于三幅記錄圖像產(chǎn)生輸出圖像，該處理器可以是任何恰當(dāng)合適的計算機處理器或其等同物。處理器108可以是任何恰當(dāng)合適的計算裝置，例如計算機、個人數(shù)字助理(PDA)、膝上型計算機、筆記本計算機、移動電話、基于硬盤的裝置、或者可以接收、發(fā)送和存儲數(shù)據(jù)的任何裝置。
可使用三個格柵位置和相應(yīng)圖像，以便基于與偏移120°的格柵相位角對應(yīng)的圖像而產(chǎn)生輸出圖像。備選地，三個格柵位置和相應(yīng)圖像即使未偏移120°，仍可用于為每個像素提供三個方程，每幅圖像一個方程。每個方程可包括與像素值的分量相對應(yīng)的三個未知變量。每個方程可以是In＝Iw+Iccosφn+Issinφn，其中In代表三幅圖像中的特定圖像n的像素值，Iw代表像素值的廣視野分量，φn代表特定圖像n的相位角，Ic代表同相分量，以及Is代表正交分量。如果三幅圖像的相應(yīng)相位角確定，則由于為僅三個未知數(shù)提供了三個方程，因此可以計算得到未知數(shù)Iw、Ic和Is的值。
對于所記錄的圖像中的每一個，該系統(tǒng)可確定該圖像的相位角，其中處理器108基于所記錄的圖像的組合而產(chǎn)生輸出圖像。就此而言，處理器108可將這些圖像之一例如這些圖像的第一幅指定為0°相位角，而不管相應(yīng)格柵位置，這是因為相位角可對應(yīng)于圖像之間相位偏移，而不考慮格柵線相對于外部對象的移動，即，圖像相位相對于彼此被測量。處理器108隨后計算其余圖像的各自相位角，該相位角表示與被指定為0°相位角的圖像的相位之間的相位偏移。為了確定相位角，可以拍攝從大致上均勻表面反射的光的圖像。例如，如果待成像的對象不具有大致上均勻表面，為了確定相位角，則需要將具有大致上均勻表面的不同對象插入相機的視線內(nèi)。
在本發(fā)明實施例中，處理器108可校準(zhǔn)致動器110以移動格柵102，以使得相位角設(shè)置為預(yù)定相位角，例如0°、120°和240°的相位角。為了校準(zhǔn)致動器110，處理器108可致使相機106反復(fù)地記錄圖像集。對于該圖像集中的每幅圖像，處理器108可分別確定相應(yīng)圖像相位角并將其與預(yù)定相位角比較。基于所確定的實際相位角與預(yù)定相位角之間的偏差，處理器108可輸出新電壓值；依據(jù)該新電壓值，電壓被施加到致動器110以移動格柵102。該循環(huán)(即，施加電壓到致動器110，捕獲圖像集，分別確定該圖像集中的圖像的相位角，將所確定的相位角與預(yù)定相位角比較，以及輸出新電壓值)，可以反復(fù)地執(zhí)行，直至所確定的實際相位角在預(yù)定容差范圍內(nèi)與該預(yù)定相位角匹配。如果存在匹配，處理器108可終止該校準(zhǔn)而不改變電壓值。該校準(zhǔn)可以快速地執(zhí)行，因為對于每個循環(huán)，由相機106記錄的圖像的相位角可以直接確定。
在校準(zhǔn)之后，處理器108例如響應(yīng)于使用者指令，通過致使相機106記錄三幅圖像并根據(jù)公式來設(shè)置輸出圖像的每個像素的值，可產(chǎn)生對象的輸出圖像。
圖4為說明本發(fā)明實施例的用于獲得圖像的過程的流程，該過程例如可以由如圖4標(biāo)題所示的處理器108、相機106和致動器110來執(zhí)行。例如，通過執(zhí)行作為計算機可執(zhí)行指令而存儲于處理器108內(nèi)的計算機可讀取介質(zhì)、存儲器312、或者本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的成像系統(tǒng)的任何其他部分內(nèi)的算法、軟件或者方程，可以執(zhí)行圖4、6、12和13的過程。該計算機可讀取介質(zhì)可包括軟盤、光盤、數(shù)字視頻盤、計算機盤只讀存儲器(CD-ROM)等。在400，校準(zhǔn)過程開始。在402，處理器108指示相機106記錄例如三幅圖像的圖像集。在404，相機開始圖像集的記錄。在圖像集的圖像記錄之間，處理器108在406可致使施加電壓到壓電驅(qū)動致動器110。響應(yīng)于該電壓，致動器110在408可移動格柵102。在圖像記錄之后，相機106在410可將記錄的圖像傳輸?shù)教幚砥?08。將理解，相機106可在每幅圖像的記錄之后傳輸每幅圖像，或者通過單一批次傳遞來傳輸這些圖像。在414，處理器108可分別確定每幅圖像的圖像相位角。如果處理器在416確定相位角未偏移120°，則處理器108可繼續(xù)該校準(zhǔn)過程。否則，處理器108在418結(jié)束該校準(zhǔn)過程。
在校準(zhǔn)之后，例如響應(yīng)于使用者指令，處理器108在420開始針對輸出圖像的圖像產(chǎn)生過程。對于該圖像產(chǎn)生過程，最初可執(zhí)行402-410。如果待成像對象提供足夠數(shù)據(jù)以確定圖像相位角，則402-410的再次執(zhí)行可以省略。就此而言，如果待成像對象本身具有均勻表面，例如鏡子，則可使用待成像對象來執(zhí)行校準(zhǔn)。相應(yīng)地，處理器108可使用在校準(zhǔn)過程中使用的圖像數(shù)據(jù)用于該圖像產(chǎn)生過程。此外，即使待成像對象具有非均勻表面，也有可能從對象的圖像得到的數(shù)據(jù)對于校準(zhǔn)過程是足夠的。通過計算每幅圖像的角頻率(在下文詳述)和相位角，可以比較計算結(jié)果。如果結(jié)果大致上匹配，則假定該對象已經(jīng)提供足夠的數(shù)據(jù)，即，對具有特定性能的校準(zhǔn)片(calibration slide)的成像可以省略。由于待成像對象經(jīng)常未提供足夠數(shù)據(jù)用于確定相位角，指定對象的分別記錄可被執(zhí)行用于相位角確定。隨后，在422，處理器108可將公式應(yīng)用到每個像素以產(chǎn)生輸出圖像，處理器108可在424輸出該輸出圖像。該圖像可以通過任何傳統(tǒng)輸出裝置例如計算機屏幕、投影儀和/或打印機來輸出。
在本發(fā)明備選實施例中，校準(zhǔn)可省略。根據(jù)該實施例，處理器108可致使相機記錄具有大致上均勻表面的對象的單個圖像集以確定由格柵102移動導(dǎo)致的圖像的相位角。處理器108可將所確定的相位角保存在存儲器312內(nèi)。備選地，如果待成像對象具有均勻表面或者包括大量細(xì)節(jié)使得可以從對象圖像獲得大量數(shù)據(jù)，則處理器108可根據(jù)待成像對象的圖像來確定圖像相位角，而不預(yù)先成像另一對象，其中該另一對象插入到相機的視線內(nèi)僅用于確定相位角。
在將所確定的相位角保存在存儲器312內(nèi)之后，例如響應(yīng)于使用者指令，通過致使相機106記錄三幅圖像并將輸出圖像的每個像素的值設(shè)置為將所保存的相位角代入方程矩陣并求解像素值的Ic和Is分量而得到的值，處理器108產(chǎn)生對象的輸出圖像。如上所述，對于該三幅圖像的每一幅，特定像素值為In＝Iw+Iccosφn+Issinφn。相應(yīng)地，特定像素可定義為 該方程矩陣可以如下重寫以求解變量Iw、Ic和Is 一旦計算得到Ic和Is，處理器108可確定輸出圖像的像素值Ip，因為Ic和Is為像素值Ipi的同相和正交聚焦(in focus)分量，如圖5所示(IW為廣視野圖像)。處理器108可根據(jù)公式(勾股定理)來確定像素值Ip。盡管像素I1、I2和I3的值部分地基于投影在對象上的格柵線，Ip的值(基于分量Ic和Is確定)完全基于對象而不是基于投影在對象上的格柵線。此外，由于精確或者大致上精確地確定相位角，根據(jù)前述方程確定的像素值Ip的組合所產(chǎn)生的圖像不包含偽影。
圖6為說明本發(fā)明該實施例的用于獲得圖像的過程的流程，該過程例如可以由圖4標(biāo)題所示的處理器108、相機106和致動器110來執(zhí)行。圖6中的參考圖4在上文所述的部件使用相同的參考符號。根據(jù)本實施例，不執(zhí)行校準(zhǔn)。相反，僅執(zhí)行相位角確定過程。400和418因此用600和618替代，且416的確定不執(zhí)行。對于420，如上所述，如果待成像圖像提供足夠數(shù)據(jù)以確定圖像相位角，402-410的再次執(zhí)行可以省略。此外，由于根據(jù)本實施例并不執(zhí)行用于獲得偏移120°的相位角的校準(zhǔn)，422被522替代，其中在522應(yīng)用公式以產(chǎn)生輸出圖像。
將理解，即使根據(jù)不執(zhí)行校準(zhǔn)過程的本實施例，處理器108可使用公式計算輸出圖像像素。將理解，即使根據(jù)第二實施例，如果處理器108在414確定圖像相位角為0°、120°和240°，處理器108也可使用公式來計算輸出圖像像素。
相應(yīng)地，通過確定三幅圖像的相位角，可以快速地執(zhí)行校準(zhǔn)。此外，通過確定相位角，可以基于處于不同相位角的圖像的集合來產(chǎn)生輸出圖像，即使不校準(zhǔn)致動器110以致使該圖像集的圖像的格柵線位于預(yù)定相位角。
參考圖4和6，在本發(fā)明實施例中，處理器108可在412確定該圖像集的圖像的格柵線的角頻率，并可以基于圖像的像素值與所確定的頻率的關(guān)聯(lián)來計算該圖像集的圖像的相位角，如下所述。具體參考圖4，盡管在本發(fā)明一個實施例中，可通過比較所確定的頻率在用于質(zhì)量控制的校準(zhǔn)過程的每次迭代期間執(zhí)行412，但是在備選實施例中，在校準(zhǔn)過程的除了第一次迭代的每次迭代期間可以省略412，因為一旦頻率已知，就無需重新計算。將理解，頻率不被固定。例如，頻率可依賴于反射圖像或者反射到對象上的光的放大倍數(shù)，該放大倍數(shù)可取決于透鏡的位置。為了通過像素值與所確定頻率的關(guān)聯(lián)來計算相位角，需要高度精確地確定頻率。例如，使用FFT對于頻率的確定可能是不夠的。在本發(fā)明示例性實施例中，處理器108可使用貝葉斯頻譜分析(Bayesian Spectral Analysis)高精度地估計頻率，本領(lǐng)域技術(shù)人員公認(rèn)的是，貝葉斯頻譜分析這種分析提供了比使用FFT獲得的離散值結(jié)果更為流暢的結(jié)果。
為了應(yīng)用貝葉斯頻譜分析，可以收集圖像的信號數(shù)據(jù)。每個信號可以使用與圖像強度的正弦變化相關(guān)的方程來表述。該方程可以是f(yi)＝rcos(ωyi+φ)+c，其中r為幅值，ω為所確定的角頻率，y為像素位置，φ為相位角，以及c為圖像強度的平均值。關(guān)于y，將理解，其可以是沿垂直方向或者沿水平方向的像素坐標(biāo)，取決于格柵線的取向。例如，格柵102的取向可以使得格柵線水平地投影在圖像上，由此導(dǎo)致沿垂直方向的圖像強度變化。在這種情形下，像素坐標(biāo)為沿垂直方向的像素坐標(biāo)。圖像強度的正弦變化也可以用f(yi)＝acosωyi+bsinωyi+c表示，其中a和b為幅值的余弦和正弦分量。盡管前述兩個方程是等價的，前一個方程僅包含兩個未知數(shù)ω和φ，而后一個方程僅包含這兩個未知數(shù)之一，即ω。相應(yīng)地，使用后一個公式，例如通過下述方式通過貝葉斯頻譜分析可以確定角頻率ω。
將后一個公式應(yīng)用到多個數(shù)據(jù)樣本‘d’，可以得到下述矩陣表述 因此可以得到一矩陣，其中 可以積分(integrate out)得到線性系數(shù)和噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差。然后通過將G矩陣應(yīng)用到貝葉斯公式用于針對數(shù)據(jù)集d確定角頻率ω的可能值(probable value)，可得到頻率。M為G矩陣中包含的列的數(shù)目。這些圖像中單個圖像的樣本對于確定頻率是足夠的。然而，通過輸入超過一幅圖像的數(shù)據(jù)，可以獲得更高的精確度。
在本發(fā)明一個示例性實施例中，圖像的窄條可以用作數(shù)據(jù)源，而不是整幅圖像。例如，如果格柵線水平地投影在圖像上，導(dǎo)致沿垂直方向的圖像強度變化，圖像的垂直條可用作數(shù)據(jù)源。盡管與使用整幅圖像相比，使用窄條提供更少的數(shù)據(jù)用于輸入到方程內(nèi)，但是這可以增加精確度，因為格柵線可以相對于成像區(qū)域成角度地投影，由此使數(shù)據(jù)輸入歪斜，如下文所詳述。
在本發(fā)明備選實施例中，對于用作輸入到貝葉斯頻譜分析的數(shù)據(jù)，可以使用所有的圖像像素的值。
在又一實施例中，可以對每一像素行(或者像素列，如果格柵線垂直投影)求和。每行的像素值和

可以用作貝葉斯頻譜分析的數(shù)據(jù)輸入，盡管這些和為一個像素寬的窄垂直條的實際像素值，即，每行一個值。與前一個實施例相比，后兩個實施例在頻率測量方面可以提供更高的精確度，因為某些記錄像素值例如由于噪聲而不正確。因此，考慮越多的像素值，頻率估計將更精確。
然而，關(guān)于后兩個實施例，如果格柵102置為使得格柵線相對于成像區(qū)域成角度投影，則由投影格柵圖案導(dǎo)致的圖像強度的正弦變化將不等地影響沿同一行的像素，如上所述。圖7說明這種現(xiàn)象。圖7示出格柵圖案702成角度地投影在其上的成像區(qū)域700。對于選定行704，格柵圖案702不同地影響行704的不同像素的值。例如，盡管像素2示為未受影響，但是像素13顯示為受很大影響。相應(yīng)地，如果選定行704的像素值被求和或者以其他方式組合用作頻率確定的數(shù)據(jù)輸入，所得到的頻率值可能不正確。
因此，在本發(fā)明示例性實施例中，在確定格柵圖案的頻率之前，圖像可被旋轉(zhuǎn)使得格柵圖案平行于成像區(qū)域的橫坐標(biāo)(或者平行于縱坐標(biāo)，如果格柵線垂直投影)。格柵線相對于橫坐標(biāo)投影的角度(α)可確定，且圖像可旋轉(zhuǎn)-α。
在本發(fā)明實施例中，格柵線相對于成像區(qū)域的橫坐標(biāo)投影的弧度角可以如下確定(a)確定格柵圖案沿兩個任意對角線的頻率，所述對角線疊加在圖像上且相對于成像區(qū)域的橫坐標(biāo)以相反的角度45°和-45°布置，以及(b)將所確定的頻率應(yīng)用到公式

其中F1為沿對角線之一所確定的頻率，F(xiàn)2為沿另一對角線所確定的頻率。當(dāng)對角線布置在45°和-45°時，通過應(yīng)用前述公式可獲得傾斜角α，因為tan(45°)＝1且因為

因此，對角線角為45°時，為了確定沿對角線的頻率，沿選定對角線的一條像素的值可以輸入到上述的頻率確定公式，例如，它們可以用作貝葉斯頻譜分析的輸入。
例如，圖8示出相對于成像區(qū)域700的橫坐標(biāo)在45°角繪制的對角線801和在-45°角繪制的對角線802。當(dāng)格柵圖案成角度布置時，格柵線的實際頻率可能不同于沿對角線得到的頻率。此外，沿兩個對角線得到的頻率會不同。例如，沿實際頻率線800得到的格柵線頻率代表圖8中的實際格柵頻率，約為圖8的測量單位的0.5603。然而，沿對角線801和802測量的格柵線頻率分別約為測量單位的1.1420和0.6402。
將這些頻率應(yīng)用到

可以確定相對于圖8中橫坐標(biāo)804的格柵傾斜角弧度約為

注意，圖8示出對角線801和802以及實際頻率線800的格柵線周期。然而，通過2π/周期將周期轉(zhuǎn)換成角頻率得到相同結(jié)果。例如，對于周期1.1420，角頻率為5.50191358，以及對于周期0.6402，角頻率為9.81441004。將這些頻率的周期代入方程

類似地得到15.73°的傾斜角。使用任何合適恰當(dāng)?shù)倪^程，圖像可傾斜15.73°，使得格柵線可以平行于橫坐標(biāo)804。
一旦傾斜得到校正，該系統(tǒng)和方法可以按照上述方式確定格柵線頻率。
一旦頻率確定，則圖像的相位角可以確定。對于圖像的像素值，acosωyi+bsinωyi+c的a和b分量可以通過使用像素值到所確定頻率的線性回歸來估計。一旦a和b被估計，圖像的相位角可以根據(jù)圖9所示的關(guān)系而計算為arctan(b/a)?？梢赃M行任意單個圖像的相位角的確定而不使用與圖像集中的其他圖像有關(guān)的數(shù)據(jù)。例如，參考圖4和6，只要從相機106接收到圖像即可執(zhí)行412和414，即使相機106在每幅圖像的記錄之后分別立即傳輸該圖像。相應(yīng)地，在致動器110移動格柵102以準(zhǔn)備記錄后一圖像和/或當(dāng)相機106記錄后一圖像時，處理器108可對先前接收的圖像執(zhí)行412和414。
使用超過三幅圖像 如上所詳述，通過基于圖像集的相應(yīng)像素值的組合確定像素值，可以執(zhí)行圖像產(chǎn)生過程，其中對于每一圖像，格柵線以不同相位角被投影。盡管用于產(chǎn)生輸出圖像的圖像集通常包含三幅圖像，在本發(fā)明實施例中，為了獲得更好質(zhì)量圖像，處理器108可以基于超過三幅圖像的像素值來產(chǎn)生輸出圖像。例如，相位角之間的偏移可以減小，如圖10所示。圖10示出圖像之間偏移30°相位角。為了清楚，僅示出單幅圖像即參考圖像的強度曲線。虛線表示其余圖像強度曲線的開始。根據(jù)本實施例，矩陣公式可以用來替代。P16 如上所述確定相位角，超過三幅圖像的圖像集提供了比未知數(shù)多的方程，因為僅Iw、Ic和Is是未知數(shù)。由于噪聲，這些方程可能不完全一致。相應(yīng)地，例如最小二乘方回歸的回歸分析可應(yīng)用于Iw、Ic和Is，這可以減小信號中存在的噪聲。具體而言，可以應(yīng)用下述最小二乘方回歸公式 其中 且GT為G的轉(zhuǎn)置矩陣。即使在僅使用三幅圖像時，仍可應(yīng)用該公式。
如果超過三幅圖像中的每對連續(xù)圖像的相位角偏移相同角度數(shù)，則可以應(yīng)用其他公式。與圖像集的圖像數(shù)目(M)無關(guān)，Iw、Ic和Is可以計算如下 即使當(dāng)M＝3時，也可以應(yīng)用該公式。一旦Ic和Is使用前述兩個公式中任一個來計算，Ip可以使用公式來計算。此外，如果使用四幅圖像且四幅圖像中的每對連續(xù)圖像的相位角偏移相同角度數(shù)，則Ip可以使用公式來計算。
在本發(fā)明實施例中，根據(jù)用于更新最小二乘方解的傳統(tǒng)過程來修正最小二乘方解，所產(chǎn)生的圖像的像素值可被遞歸更新以說明新得到的圖像。例如，遞歸最小二乘方公式可包括傳統(tǒng)上使用的公式，例如Sherman-Morrison公式或者Woodbury公式。相應(yīng)地，在基于三幅或更多幅圖像的像素數(shù)據(jù)的圖像被輸出之后，使用者可以指示處理器108產(chǎn)生更增強的圖像。相應(yīng)地，處理器108可獲得新記錄的圖像(包括格柵圖案)，且可更新已經(jīng)計算的Ic和Is的值而不使用先前使用的圖像來重新進行該計算。相應(yīng)地，對于期望更新的情形，不需要存儲先前使用的圖像。
預(yù)處理—像素數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換用于估計參數(shù) 由相機106返回的圖像的像素值經(jīng)常提供圖像強度的不均勻正弦變化。相應(yīng)地，如果是基于由相機106記錄的像素值，則校準(zhǔn)致動器110以提供特定相位角，無論是基于用FFT對偽影的測量還是基于相位角的直接計算，和/或計算相位角用以基于來產(chǎn)生輸出圖像，均可能有缺陷。在本發(fā)明實施例中，該系統(tǒng)可以使用通過像素值的對數(shù)或近似對數(shù)轉(zhuǎn)換得到的值來替代用于校準(zhǔn)或用于確定相位角(和/或頻率)的每個記錄像素值。得到的值可提供圖像強度的更均勻正弦變化。圖11示出未變換圖像和變換圖像的圖像強度的正弦變化之間的差異。曲線(a)代表未變換圖像的圖像強度，曲線(b)代表變換圖像的圖像強度，曲線(a)的正弦波的幅值顯著不均勻，但是曲線(b)的正弦波的幅值明顯更為均勻。
在轉(zhuǎn)換之后，執(zhí)行傳統(tǒng)的校準(zhǔn)或者根據(jù)直接計算的相位角的校準(zhǔn)。備選地，可以計算相位角而不進行前文所詳述的校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)和/或相位角的計算之后，處理器108可根據(jù)前文所詳述的過程基于未變換的即原始記錄的像素值來產(chǎn)生輸出圖像。
在本發(fā)明一個實施例中，為了轉(zhuǎn)換所記錄的像素值，可以將每個像素簡單變換為其對數(shù)值。根據(jù)本實施例，可以實現(xiàn)相反的效果，其中在低圖像強度下的噪聲被放大，這使圖像強度值失真。在備選實施例中，可以對每個像素使用逆雙曲線正弦函數(shù)sinh-1(x/2)，其中x為原始記錄的圖像強度值。對大的像素值，后一函數(shù)近似以e為底的函數(shù)log(x)(自然對數(shù))，但對于較小的像素值，并不如此。根據(jù)本實施例，低圖像強度下噪聲的放大可以避免。將理解，可以使用跨過圖像使強度的正弦變化的幅值變得平滑的任何函數(shù)來進行像素值的轉(zhuǎn)換。
預(yù)處理—從輸出圖像除去偽影 不管校準(zhǔn)過程或者相位角確定的精確度如何，通過組合三幅或者更多幅圖像而得到的輸出圖像可包括偽影。偽影可以是與格柵圖案相似的正弦變化。偽影的正弦變化可以是格柵圖案的產(chǎn)物，且可以位于格柵圖案正弦波的特定諧波。尤其是，可以假定偽影的正弦變化在格柵圖案頻率的三個諧波之內(nèi)。
在本發(fā)明的示例性實施例中，該系統(tǒng)和方法可以從輸出圖像除去由偽影引起的圖像強度的正弦變化。
在本發(fā)明的一個示例性實施例中，可以確定代表由于偽影引起的圖像強度的正弦變化的正弦波。從該圖像減去所確定的正弦波，得到無偽影的圖像。輸出圖像的像素值可用Q＝I+B表示，其中Q為像素值，I為由被成像對象貢獻的像素值的部分，以及B為由偽影貢獻的像素值的部分。對于每個像素值，B的相應(yīng)值可被確定并從Q減去以得到I，即，無任何偽影貢獻的像素值。
如上文所詳述，由于投影格柵圖案引起的圖像強度的正弦變化可以用f(yi)＝acosωyi+bsinωyi+c表示。類似地，B(在y行偽影對像素值的貢獻，假定垂直投影的格柵圖案和偽影)可以用a1cos(ωyi)+b1sin(ωyi)+a2cos(2ωyi)+b2sin(2ωyi)+a3cos(3ωyi)+b3sin(3ωyi)表示。每個cos/sin組可對應(yīng)于偽影。可以假設(shè)偽影為諧波1至3中的一個或多個。因此，該系統(tǒng)和方法可以假定包含三個cos/sin組的上述方程代表圖像內(nèi)的偽影，如果有任何偽影。
因此，在特定行yi的像素值可以用Q(x，yi)＝I(x，yi)+a1cos(ωyi)+b1sin(ωyi)+a2cos(2ωyi)+b2sin(2ωyi)+a3cos(3ωyi)+b3sin(3ωyi)表示。例如，取沿垂直條的像素，像素的值可以表示如下 Q1＝I1+a1cos(ω1)+b1sin(ω1)+a2cos(2ω1)+b2sin(2ω1)+a3cos(3ω1)+b3sin(3ω1)； Q2＝I2+a1cos(ω2)+b1sin(ω2)+a2cos(2ω2)+b2sin(2ω2)+a3cos(3ω2)+b3sin(3ω2)； Q3＝I3+a1cos(ω3)+b1sin(ω3)+a2cos(2ω3)+b2sin(2ω3)+a3cos(3ω3)+b3sin(3ω3)； . . . Qn＝In+a1cos(ωn)+b1sin(ωn)+a2cos(2ωn)+b2sin(2ωn)+a3cos(3ωn)+b3sin(3ωn) 這些方程可以重新寫成q＝b*G的矩陣形式，其中 以及 盡管I的值取決于確切的像素位置(x，y)，然而對于確定由偽影引起的強度的正弦變化，這不重要。因此，對于上述矩陣，I乘以1，而與行無關(guān)。
如果格柵圖案的角頻率確定，則該G矩陣的每個分量的值可以已知。相應(yīng)地，該系統(tǒng)和方法可首先如上所述確定角頻率。例如，像素值可以輸入貝葉斯頻譜分析。這包括旋轉(zhuǎn)圖像以產(chǎn)生與橫坐標(biāo)平行的格柵圖案以及對每一行內(nèi)的像素值求和，如參考圖8在上文所述。在角頻率被確定以用于確定相位角的實施例中，例如在校準(zhǔn)期間，先前確定的頻率可以代入方程，而不再次執(zhí)行角頻率確定。在后處理(postprocess)圖像之前不確定角頻率的實施例中，該系統(tǒng)和方法可以執(zhí)行角頻率確定用于該后處理過程。根據(jù)該實施例，該系統(tǒng)和方法可以取回輸入圖像的存儲像素值以確定格柵圖案的角頻率，并將所確定的頻率輸入到G矩陣，但是可以取回輸出圖像的像素值用于輸入到q矩陣。
因此，通過將上述矩陣輸入回歸分析，可以確定(b矩陣的)a1、b1、a2、b2、a3和b3的值。例如，可以使用該G矩陣應(yīng)用下述最小二乘方回歸公式 其中GT為G的轉(zhuǎn)置矩陣。盡管在上文示出了每行(或者列，如果格柵圖案是由垂直線形成)一個像素樣本，每行(或列)的額外像素樣本可以輸入到q矩陣內(nèi)，且G矩陣可相應(yīng)地包含額外的行。因此G矩陣的多個行可涉及相同的ωyi值。
一旦矩陣b的值確定，則下述的值 a1cos(ω1)+b1sin(ω1)+a2cos(2ω1)+b2sin(2ω1)+a3cos(3ω1)+b3sin(3ω1)； a1cos(ω2)+b1sin(ω2)+a2cos(2ω2)+b2sin(2ω2)+a3cos(3ω2)+b3sin(3ω2)； a1cos(ω3)+b1sin(ω3)+a2cos(2ω3)+b2sin(2ω3)+a3cos(3ω3)+b3sin(3ω3)； . . . a1cos(ωn)+b1sin(ωn)+a2cos(2ωn)+b2sin(2ωn)+a3cos(3ωn)+b3sin(3ωn) 可以通過b*G確定。這些值可以是偽影對像素的貢獻。偽影在不同行的貢獻不同以及因此在不同行方程值不同，原因可能是由于圖像強度的垂直正弦變化，其中格柵圖案垂直投影。
一旦這些值確定，可以從輸出圖像像素值減去上述方程的值。例如，對于行1的每個像素，可以從像素值減去a1cos(ω1)+b1sin(ω1)+a2cos(2ω1)+b2sin(2ω1)+a3cos(3ω1)+b3sin(3ω1)的值。對于正弦波減去階段，該系統(tǒng)和方法可以賦予每行與輸入到回歸分析時該行被賦予的相同的行號。例如，如果對于回歸分析，成像區(qū)域第一行的像素被指定為用“行1”標(biāo)記的行，則可以從成像區(qū)域第一行的像素減去a1cos(ω1)+b1sin(ω1)+a2cos(2ω1)+b2sin(2ω1)+a3cos(3ω1)+b3sin(3ω1)的值。否則，會從每一行減去錯誤的值。
輸出圖像中的偽影可能是由格柵圖案的少于三個諧波構(gòu)成，這種情況下，a1cos(ωi)+b1sin(ωi)+a2cos(2ωi)+b2sin(2ωi)+a3cos(3ωi)+b3sin(3ωi)的一些部分可能等于0。例如，如果偽影僅為格柵圖案的一次諧波，則a2cos(2ωi)+b2sin(2ωi)+a3cos(3ωi)+b3sin(3ωi)等于0。
在本發(fā)明的一個實施例中，總是假定3個諧波。這種情況下，回歸分析會得到接近或等于0的a2、b2、a3和b3的值。
在本發(fā)明的另一實施例中，不采用3個諧波假定，可根據(jù)用于確定諧波數(shù)目的傳統(tǒng)過程，最初確定形成偽影的格柵圖案頻率的諧波數(shù)目。該系統(tǒng)和方法可以根據(jù)這種確定來改變矩陣結(jié)構(gòu)。例如，如果確定偽影包括格柵圖案頻率的兩個諧波的分量，則不采用上述矩陣結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)和方法可將n×5G矩陣而非n×7矩陣輸入該回歸分析。該矩陣可具有下述結(jié)構(gòu) 該矩陣使得可以確定系數(shù)a1、a2、b1和b2，而不確定系數(shù)a3和b3，因為基于諧波數(shù)目確定可以假定后一對系數(shù)等于0。這可以提高確定前兩對系數(shù)的值的精確度，因為回歸分析不將任何值歸因于虛構(gòu)的第三對系數(shù)。
在本發(fā)明的示例性實施例中，輸出圖像的窄條例如垂直條可用作q矩陣的輸入。備選地，可以使用圖像的更多部分。在一個特定實施例中，例如每行的像素值之和可用作q矩陣的輸入。在本發(fā)明的一個特定實施例中，輸出圖像可旋轉(zhuǎn)以使得偽影，如果有任何偽影，平行于成像區(qū)域的橫坐標(biāo)，如上文參考圖8有關(guān)角頻率確定和格柵圖案所描述。
在本發(fā)明示例性實施例中，不使用實際輸出圖像像素值用于q矩陣，該系統(tǒng)和方法可使用預(yù)處理輸出圖像像素值用于q矩陣。這些輸出圖像像素值可通過對像素值的對數(shù)或近似對數(shù)轉(zhuǎn)換來預(yù)處理，以得到圖像強度的更為均勻的正弦變化，如上文參考圖11所述。類似地，對于G矩陣的格柵圖案角頻率確定，可使用輸入圖像的預(yù)處理像素值，而不使用輸入圖像的實際像素值。
根據(jù)本實施例，如果有任何偽影，則可以從經(jīng)預(yù)處理的輸出圖像像素值減去偽影對輸出圖像的貢獻，而不是從實際輸出圖像像素值減去。在該減去之后，該系統(tǒng)和方法可將修正的預(yù)處理像素值輸入到用于逆對數(shù)轉(zhuǎn)換的方程，以得到修正的實際輸出圖像像素值，即，如果有任何偽影，通過除去偽影修正。
圖12為說明本發(fā)明示例性實施例的用于從輸出圖像除去偽影的過程的流程，例如可以由處理器108來執(zhí)行該過程。在1202，包括輸入圖像1200a和輸出圖像1200b的圖像1200可被預(yù)處理以輸出經(jīng)預(yù)處理圖像1203，該經(jīng)預(yù)處理圖像1203包括圖像強度的正弦變化更為均勻的經(jīng)預(yù)處理輸入圖像1203a和經(jīng)預(yù)處理輸出圖像1203b。在1204，經(jīng)預(yù)處理圖像1203可被旋轉(zhuǎn)，使得輸入圖像1203a的投影格柵線圖案和輸出圖像1203b的偽影平行于其相應(yīng)成像區(qū)域的橫坐標(biāo)(假定水平格柵線的垂直格柵圖案)，如果他們之前不是平行的。在1206，包括旋轉(zhuǎn)輸入圖像1205a和旋轉(zhuǎn)輸出圖像1205b的旋轉(zhuǎn)圖像1205的一些或所有行的像素值(假定水平格柵線的垂直格柵圖案)，可被求和以產(chǎn)生像素列1207，該像素列1207包括輸入圖像像素列1207a和輸出圖像像素列1207b。
在1206之后，1208和1210可順序或同時執(zhí)行，因為二者的執(zhí)行相互獨立。在1208，基于輸入圖像像素列1207a來確定輸入圖像的格柵圖案的角頻率1209。在1210，基于輸出圖像像素列1207b來確定形成偽影的諧波數(shù)目1211。
在1212，基于輸出圖像像素列1207b(對于q矩陣)、頻率1209(對于G矩陣)和諧波數(shù)目1211(對于G矩陣)，確定經(jīng)預(yù)處理輸出圖像像素值的偽影貢獻1213。在1214，可以從經(jīng)預(yù)處理輸出圖像1203b的像素值減去偽影貢獻1213以得到修正的經(jīng)預(yù)處理輸出圖像1215。在1216，對修正的經(jīng)預(yù)處理輸出圖像1215執(zhí)行圖像預(yù)處理的逆處理以產(chǎn)生修正的輸出圖像，其中該修正的輸出圖像實際而言與不包含偽影的輸出圖像1200b相同，如果有任何偽影。
在本發(fā)明實施例中，其中通過計算偽影貢獻并從輸出圖像的像素值減去該偽影貢獻以除去輸出圖像的偽影，偽影除去可以通過1208-1214來執(zhí)行，而不執(zhí)行1202-1206、1210和1216中的一個或多個，例如全部。例如，未旋轉(zhuǎn)輸出圖像1200b的實際像素值，而不是經(jīng)預(yù)處理像素值和/或行的和，可用于q矩陣。類似地，可以基于未旋轉(zhuǎn)、未預(yù)處理以及未行求和的原始輸入圖像1200a來確定輸入圖像1200a的格柵圖案的角頻率。類似地，可以使用未預(yù)處理輸出圖像1200b、經(jīng)預(yù)處理輸出圖像1203b或者未預(yù)處理輸出圖像像素列，而不是輸出圖像像素列1207b，作為用于確定諧波數(shù)目1211的輸入。此外，不是確定諧波數(shù)目1211，而假定一數(shù)目，例如3。最后，如果輸出圖像1200b未被預(yù)處理，則預(yù)處理的逆處理可略去。例如，1214可產(chǎn)生修正的輸出圖像1217。
此外，在本發(fā)明的示例性實施例中，不在1208確定格柵圖案頻率用于偽影除去，而可以在1208獲得在偽影除去過程之前確定的格柵圖案頻率。
在本發(fā)明備選示例性實施例中，為了從光學(xué)斷層輸出圖像除去偽影，該系統(tǒng)和方法可除去該輸出圖像的代表圖像變換數(shù)據(jù)的圖像(這里稱為變換圖像)的斷面(section)，其中該斷面位于該變換圖像的預(yù)定位置，即，位于該預(yù)定位置的形成變換圖像的該部分的圖像變換數(shù)據(jù)的部分可被除去。
圖13為說明本發(fā)明示例性實施例的通過相應(yīng)變換圖像以從輸出圖像除去偽影的過程的流程，例如可以由處理器108來執(zhí)行該過程。在1300，執(zhí)行圖像變換以形成圖像變換數(shù)據(jù)。可以使用的示例性圖像變換的非窮舉清單為小波變換、離散余弦變換(DCT)、離散正弦變換(DST)、快速傅立葉變換(FFT)、阿達瑪(Hadamard)變換、哈特利(Hartley)變換和離散小波變換(DWT)。示例性的DWT變換可以是Haar小波和Daubechies小波。
在1302，可以產(chǎn)生代表圖像變換數(shù)據(jù)的變換圖像。例如，圖14為包含多條水平線的偽影1402的示例性輸出圖像1400，某些水平線被挑選出來。圖15為示例性變換圖像1500，該變換圖像1500代表通過將圖像變換應(yīng)用到輸出圖像1400而產(chǎn)生的變換數(shù)據(jù)。
在1304，該系統(tǒng)和方法可以除去所產(chǎn)生的變換圖像的預(yù)定斷面。對于代表輸出圖像的變換數(shù)據(jù)的任何變換圖像，該預(yù)定斷面可以是同一限定區(qū)域。該預(yù)定斷面可以是變換圖像的一部分，變換圖像的該部分對應(yīng)于被確定為具有低水平頻率和高垂直頻率(其中格柵線且因此偽影被水平地投影)的輸出圖像的元素，這是與輸出圖像的無偽影元素相比而言的?？梢约俣o偽影元素將不會表現(xiàn)在變換圖像的該斷面內(nèi)。具體而言，如果變換圖像是下述情形，即，變換圖像的像素的行號越小，該像素所對應(yīng)的圖像元素沿垂直方向的頻率越低，并且變換圖像的像素的列號越小，該像素所對應(yīng)的圖像元素沿水平方向的頻率越低，則該斷面可包含在變換圖像的左手側(cè)開始的約1至2％連續(xù)像素列的底部約80％的像素。然而，可以根據(jù)偽影的預(yù)期頻率來選擇其他像素和列百分比。示例性偽影斷層1502描繪于圖15。偽影部分(artefact section)的除去可將與該偽影部分相對應(yīng)的數(shù)據(jù)設(shè)置為0。
在1306，該系統(tǒng)和方法可執(zhí)行逆變換以基于修正的變換數(shù)據(jù)來產(chǎn)生未變換圖像。在1306產(chǎn)生的圖像基本上與排除偽影的輸出圖像相同。例如，圖16為由與圖14輸出圖像1400相對應(yīng)的修正的變換數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的示例性修正的輸出圖像1600。修正的輸出圖像1600不包含圖14所示的偽影1402。
本領(lǐng)域技術(shù)人員從前述說明可以理解，本發(fā)明可按照各種形式來實施。因此，盡管已經(jīng)結(jié)合其具體示例來描述本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的實施例的真正范圍不應(yīng)限于這些實施例，因為本領(lǐng)域技術(shù)人員在研究附圖、說明書和所附權(quán)利要求書之后可以顯見其他變形。
權(quán)利要求
1.一種圖像產(chǎn)生方法，包括
基于多幅輸入圖像產(chǎn)生第一輸出圖像；以及
基于該第一輸出圖像產(chǎn)生第二輸出圖像，該第二輸出圖像與減去偽影的第一輸出圖像相同。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括
確定該偽影對該第一輸出圖像的圖像強度值的貢獻；
其中產(chǎn)生該第二輸出圖像包括從該圖像強度值減去該貢獻。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該圖像強度值為像素強度值。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該貢獻沿水平和垂直方向之一正弦變化。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中
確定該貢獻包括確定代表該正弦變化的方程的系數(shù)的值；
該減去包括
通過將所確定的系數(shù)代入所述方程來確定該方程的值；以及
從該圖像強度值減去所述方程的值；以及
所述方程的值在像素行和像素列之一之間變化。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中
該偽影由所述輸入圖像中的至少一幅圖像的格柵圖案的多個諧波m形成；以及
該方程為a1cos(ωy)+b1sin(ωy)+...amcos(mωy)+bmsin(mωy)，其中a1...am和b1...bm為所述系數(shù)，ω為該格柵圖案的角頻率，以及y為對于每一像素行是不同的像素行號和對于每一像素列是不同的像素列號之一。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中
所述系數(shù)通過將回歸分析應(yīng)用到矩陣Q、b和G來確定；
其中q為該第一輸出圖像的采樣像素強度值，x為被采樣像素數(shù)目；
,其中I代表減去該偽影對采樣像素強度的貢獻的采樣像素強度值；以及
其中G矩陣的每一行與q矩陣的相應(yīng)值相關(guān)聯(lián)，且其中，對于G矩陣的每一行，yi為G矩陣行的相應(yīng)q矩陣值的行號和列號之一。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中通過應(yīng)用公式b＝(GTG)-1GT使用最小二乘方回歸來確定所述系數(shù)，其中GT為G的轉(zhuǎn)置矩陣。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括
變換該第一輸出圖像的圖像像素值以跨過該第一輸出圖像平滑圖像強度正弦變化的幅值，該正弦變化代表該偽影，其中
變換的值被采樣以用于回歸分析；
從變換的值減去所述貢獻；以及
產(chǎn)生該第二輸出圖像還包括，在從所述圖像強度值減去該貢獻
之后，執(zhí)行圖像像素值變換的逆變換。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該第一輸出圖像的圖像像素值變換成其相應(yīng)對數(shù)值。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中
通過應(yīng)用逆雙曲線正弦函數(shù)到(q′/2)，變換該第一輸出圖像的圖像像素值；以及
q′代表未變換像素值。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括
確定該第一輸出圖像內(nèi)的偽影相對于該第一輸出圖像的成像區(qū)域的傾斜；
旋轉(zhuǎn)該第一輸出圖像以消除該傾斜；
對于該第一輸出圖像的多個像素行中的每一行，對該行的像素值求和；以及
將該行像素值之和輸入所述回歸分析。
13.如權(quán)利要求6所述的方法，其中角頻率通過貝葉斯頻譜分析來確定。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中
角頻率通過應(yīng)用公式來確定；
G′為矩陣
x為該至少一幅輸入圖像以及與該至少一幅圖像相關(guān)聯(lián)的從中獲得該矩陣的相應(yīng)數(shù)據(jù)的圖像之一中的像素位置的標(biāo)識；
M為G′矩陣中包含的列數(shù)目；以及
N為G′矩陣中包含的行數(shù)目。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括
變換所述輸入圖像中的該至少一幅的圖像像素值，以跨過所述輸入圖像中的該至少一幅平滑圖像強度的正弦變化的幅值，該正弦變化代表格柵圖案，其中經(jīng)變換的值輸入到貝葉斯頻譜分析。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述輸入圖像中的該至少一幅的圖像像素值變換為其相應(yīng)對數(shù)值。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中
通過應(yīng)用逆雙曲線正弦函數(shù)到(q′/2)，變換所述輸入圖像中的該至少一幅的圖像像素值；以及
q′代表未變換像素值。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括
確定格柵圖案相對于所述輸入圖像中的該至少一幅的成像區(qū)域的傾斜；
旋轉(zhuǎn)所述輸入圖像中的該至少一幅以消除該傾斜；
對于所述輸入圖像中的該至少一幅的多個像素行中的每一行，對該行的像素值求和；以及
將該行像素值之和輸入貝葉斯頻譜分析。
19.如權(quán)利要求6所述的方法，其中
該格柵圖案包含在該多幅輸入圖像的每一個內(nèi)；
產(chǎn)生第一輸出圖像包括
記錄該多幅輸入圖像；
計算角頻率ω；
對于所述輸入圖像中的至少一幅，基于所計算的角頻率ω來計算該輸入圖像的格柵圖案的相位角；以及
對于該第一輸出圖像的每個像素，依據(jù)所計算的至少一個相位角并基于該多幅輸入圖像的相應(yīng)像素值，計算一值，該方法還包括
保存所計算的角頻率ω；以及
取回所保存的角頻率ω用于確定所述方程的值。
20.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括
記錄該多幅輸入圖像；
校準(zhǔn)在每幅輸入圖像記錄之間移動格柵的致動器，格柵圖案由該格柵形成；以及
在校準(zhǔn)該致動器的過程中計算角頻率ω。
21.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括
確定諧波數(shù)目m。
22.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該諧波數(shù)目m預(yù)設(shè)為3。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生該第二輸出圖像包括
將圖像變換應(yīng)用到該第一輸出圖像以獲得變換數(shù)據(jù)；
刪除代表變換數(shù)據(jù)的變換圖像的預(yù)定部分，該變換數(shù)據(jù)通過刪除該預(yù)定部分而被修正；以及
基于經(jīng)修正的變換數(shù)據(jù)來產(chǎn)生未變換圖像。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中產(chǎn)生無壓縮圖像包括應(yīng)用逆圖像變換。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中該圖像變換為小波變換、離散余弦變換(DCT)、離散正弦變換(DST)、離散小波變換(DWT)、快速傅立葉變換(FFT)、阿達瑪變換、哈特利變換、Haar小波和Daubechies小波之一。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中該預(yù)定部分包括該變換圖像的最左側(cè)約1至2％連續(xù)像素列的底部約80％。
27.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一輸出圖像通過光學(xué)斷層產(chǎn)生。
28.一種其上存儲適于由處理器執(zhí)行的指令的計算機可讀取介質(zhì)，該指令在被執(zhí)行時致使該處理器執(zhí)行一種圖像產(chǎn)生方法，該圖像產(chǎn)生方法包括
基于多幅輸入圖像產(chǎn)生第一輸出圖像；以及
基于該第一輸出圖像產(chǎn)生第二輸出圖像，該第二輸出圖像與減去偽影的該第一輸出圖像相同。
29.一種成像設(shè)備，包括
相機，用于記錄多幅輸入圖像；以及
處理器，配置成
基于該多幅輸入圖像產(chǎn)生第一輸出圖像；以及
從該第一輸出圖像除去偽影以產(chǎn)生第二輸出圖像。
30.如權(quán)利要求29所述的成像設(shè)備，其中該處理器配置成確定該偽影對該第一輸出圖像的圖像強度值的貢獻；以及為了產(chǎn)生該第二輸出圖像，從所述圖像強度值減去該貢獻。
31.如權(quán)利要求30所述的成像設(shè)備，其中所述圖像強度值為像素強度值。
32.如權(quán)利要求30所述的成像設(shè)備，其中該貢獻沿水平和垂直方向之一正弦變化。
33.如權(quán)利要求32所述的成像設(shè)備，其中該處理器配置成
為了確定該貢獻，確定代表所述正弦變化的方程的系數(shù)的值，所述方程的值在像素行和像素列之一之間變化；以及
為了從圖像強度值減去該貢獻
通過將所確定的系數(shù)代入該方程來確定該方程的值；以及
從圖像強度值減去該方程的值。
34.如權(quán)利要求33所述的成像設(shè)備，其中
該偽影由所述輸入圖像中的至少一幅的格柵圖案的多個諧波m形成；以及
該方程為a1cos(ωy)+b1sin(ωy)+...amcos(mωy)+bmsin(mωy)，其中a1...am和b1...bm為所述系數(shù)，ω為該格柵圖案的角頻率，以及y為對于每一像素行是不同的像素行號和對于每一像素列是不同的像素列號之一。
35.如權(quán)利要求34所述的成像設(shè)備，其中
所述系數(shù)通過將回歸分析應(yīng)用到矩陣Q、b和G來確定；
,其中q為該第一輸出圖像的采樣像素強度值，x為被采樣像素數(shù)目；
其中I代表減去該偽影對采樣像素強度的貢獻的采樣像素強度值；以及
其中G矩陣的每一行與q矩陣的相應(yīng)值相關(guān)聯(lián)，且其中，對于G矩陣的每一行，yi為G矩陣行的相應(yīng)q矩陣值的行號和列號之一。
36.如權(quán)利要求35所述的成像設(shè)備，其中通過應(yīng)用公式b＝(GTG)-1GT使用最小二乘方回歸來確定所述系數(shù)，其中GT為G的轉(zhuǎn)置矩陣。
37.如權(quán)利要求35所述的成像設(shè)備，其中
該處理器配置成變換該第一輸出圖像的圖像像素值以跨過該第一輸出圖像平滑圖像強度的正弦變化的幅值，所述正弦變化代表偽影；
變換的值被采樣以用于所述回歸分析；
從變換的值減去所述貢獻；以及
產(chǎn)生該第二輸出圖像包括，在從圖像強度值減去所述貢獻之后，執(zhí)行圖像像素值變換的逆變換。
38.如權(quán)利要求37所述的成像設(shè)備，其中該第一輸出圖像的圖像像素值變換成其相應(yīng)對數(shù)值。
39.如權(quán)利要求37所述的成像設(shè)備，其中
通過應(yīng)用逆雙曲線正弦函數(shù)到(q′/2)，變換該第一輸出圖像的圖像像素值；以及
q′代表未變換像素值。
40.如權(quán)利要求35所述的成像設(shè)備，其中該處理器配置成
確定該第一輸出圖像內(nèi)的偽影相對于該第一輸出圖像的成像區(qū)域的傾斜；
旋轉(zhuǎn)該第一輸出圖像以消除該傾斜；
對于該第一輸出圖像的多個像素行中的每一行，對該行的像素值求和；以及
將該行像素值之和輸入所述回歸分析。
41.如權(quán)利要求34所述的成像設(shè)備，其中角頻率通過貝葉斯頻譜分析來確定。
42.如權(quán)利要求41所述的成像設(shè)備，其中
角頻率通過應(yīng)用公式來確定；
G′為矩陣
x為該至少一幅輸入圖像以及與該至少一幅輸入圖像相關(guān)聯(lián)的從中獲得該矩陣的相應(yīng)數(shù)據(jù)的圖像之一中的像素位置的標(biāo)識；
M為G′矩陣中包含的列數(shù)目；以及
N為G′矩陣中包含的行數(shù)目。
43.如權(quán)利要求41所述的成像設(shè)備，其中
該處理器配置成變換所述輸入圖像中的該至少一幅的圖像像素值以跨過所述輸入圖像中的該至少一幅平滑圖像強度的正弦變化的幅值；
所述正弦變化代表格柵圖案；以及
將經(jīng)變換的值輸入到貝葉斯頻譜分析。
44.如權(quán)利要求43所述的成像設(shè)備，其中所述輸入圖像中的該至少一幅的圖像像素值變換為其相應(yīng)對數(shù)值。
45.如權(quán)利要求43所述的成像設(shè)備，其中
通過應(yīng)用逆雙曲線正弦函數(shù)到(q′/2)，變換所述輸入圖像中的該至少一幅的圖像像素值；以及
q′代表未變換像素值。
46.如權(quán)利要求41所述的成像設(shè)備，其中該處理器配置成
確定格柵圖案相對于所述輸入圖像中的該至少一幅的成像區(qū)域的傾斜；
旋轉(zhuǎn)所述輸入圖像中的該至少一幅以消除該傾斜；
對于所述輸入圖像中的該至少一幅的多個像素行的每一行，對該行的像素值求和；以及
將該行像素值之和輸入貝葉斯頻譜分析。
47.如權(quán)利要求34所述的成像設(shè)備，其中
格柵圖案包含在所述多幅輸入圖像中的每一幅內(nèi)；
產(chǎn)生該第一輸出圖像包括
記錄所述多幅輸入圖像；
計算角頻率ω；
對于所述輸入圖像中的至少一幅，基于所計算的角頻率ω來計算該輸入圖像的格柵圖案的相位角；以及
對于該第一輸出圖像的每個像素，依據(jù)所計算的至少一個相位角并基于所述多幅輸入圖像的相應(yīng)像素值來計算一值；以及該處理器配置成
保存所計算的角頻率ω；以及
取回所保存的角頻率ω以用于確定所述方程的值。
48.如權(quán)利要求34所述的成像設(shè)備，還包括
燈；
格柵，所述格柵圖案通過將該燈的光照射在該格柵上而形成；以及
致動器，用于在每幅輸入圖像記錄之間移動格柵，其中該處理器配置成
校準(zhǔn)該致動器；以及
在校準(zhǔn)該致動器的過程中計算角頻率ω。
49.如權(quán)利要求34所述的成像設(shè)備，其中該處理器配置成
確定諧波數(shù)目m。
50.如權(quán)利要求34所述的成像設(shè)備，其中該諧波數(shù)目m預(yù)設(shè)為3。
51.如權(quán)利要求29所述的成像設(shè)備，其中，為了產(chǎn)生該第二輸出圖像，該處理器配置成
將圖像變換應(yīng)用到該第一輸出圖像以獲得變換數(shù)據(jù)；
刪除代表該變換數(shù)據(jù)的變換圖像的預(yù)定部分，該變換數(shù)據(jù)通過刪除該預(yù)定部分而被修正；以及
基于經(jīng)修正的變換數(shù)據(jù)來產(chǎn)生未變換圖像。
52.如權(quán)利要求51所述的成像設(shè)備，其中產(chǎn)生無壓縮圖像包括應(yīng)用逆圖像變換。
53.如權(quán)利要求51所述的成像設(shè)備，其中該圖像變換為小波變換、離散余弦變換(DCT)、離散正弦變換(DST)、離散小波變換(DWT)、快速傅立葉變換(FFT)、阿達瑪變換、哈特利變換、Haar小波和Daubechies小波之一。
54.如權(quán)利要求51所述的成像設(shè)備，其中該預(yù)定部分包括該變換圖像的最左側(cè)約1至2％連續(xù)像素列的底部約80％。
55.如權(quán)利要求29所述的成像設(shè)備，其中該第一輸出圖像通過光學(xué)斷層產(chǎn)生。
56.一種用于光學(xué)section成像的系統(tǒng)，包括
相機，用于記錄成像表面的多幅輸入圖像；
格柵；
燈，用于將光照射在該格柵上以將格柵圖案投影在該成像表面上，使得每幅輸入圖像包含位于相應(yīng)相位角的相應(yīng)格柵圖案；
致動器，用于在每幅輸入圖像記錄之間移動該格柵，使得該多幅輸入圖像中的至少兩幅的格柵圖案處于不同相位角；以及
處理器，配置成
對于該多幅輸入圖像中的每一幅，計算該圖像的格柵圖案相位角；
依據(jù)該多幅輸入圖像中的每一幅的相應(yīng)像素值以及所計算的相位角，通過為該第一輸出圖像的每個像素計算一值，產(chǎn)生第一輸出圖像；以及
通過除去包含在該第一輸出圖像內(nèi)的偽影來產(chǎn)生第二輸出圖像，其中該偽影通過下述之一被除去
(a)
確定該偽影對該第一輸出圖像的圖像強度值的貢獻；以及
從所述圖像強度值減去該貢獻；和
(b)
將圖像變換應(yīng)用到該第一輸出圖像以獲得變換數(shù)據(jù)；
刪除代表該變換數(shù)據(jù)的變換圖像的預(yù)定部分，該變換數(shù)據(jù)通過刪除該預(yù)定部分而被修正；以及
基于經(jīng)修正的變換數(shù)據(jù)來產(chǎn)生未變換圖像。
全文摘要
披露了一種用于產(chǎn)生圖像的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。處理器可以基于多幅輸入圖像產(chǎn)生第一輸出圖像，以及如果有任何偽影，從該第一輸出圖像除去偽影以產(chǎn)生第二輸出圖像。例如，在一實施例中，該處理器可計算該偽影對圖像強度值的貢獻并從該圖像強度值減去所計算的貢獻。在另一實施例中，該處理器可刪除代表通過將圖像變換應(yīng)用到第一輸出圖像所獲得的變換數(shù)據(jù)的變換圖像的預(yù)定部分，由此修正該變換數(shù)據(jù)，且可以基于經(jīng)修正的變換數(shù)據(jù)來產(chǎn)生未變換圖像。
文檔編號H04N13/00GK101449590SQ200780018626
公開日2009年6月3日 申請日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月22日
發(fā)明者J·奧魯亞奈德, 揚 張, P·埃梅里克, M·斯維亞特, V·羅岑菲爾德 申請人:通用電氣醫(yī)療集團生物科學(xué)公司