高速扫描激光共聚焦显微内窥镜图像校正

发布时间：2021-07-13 01:04

　　使用往复式逐行扫描的方式可以提高激光共聚焦显微内窥镜的成像速度和数据利用率,但这种扫描方式也会带来图像畸变和错位问题,从而影响系统成像质量。受扫描畸变影响,图像错位程度不一致,后期处理难以得到理想的校正效果。本文基于共振振镜的运动规律,推导了均匀空间采样过程中的采样时间函数,通过非等时采样方法校正了振镜速度变化带来的横向畸变。利用互相关法评价图像错位程度,采用遗传算法获得最优的采样开始时刻,实现了图像错位的校正。最终通过调整采样开始时刻和时间间隔在数据采集环节校正了图像畸变和错位。为了验证图像畸变校正和错位校正效果,本文搭建了基于往复式逐行扫描方式的激光共聚焦显微内窥成像系统。实验结果表明,该方法能够有效地校正图像畸变和错位,图像的横向分辨率。与现有方法相比,本文方法将图像的局部分辨率由10 pixel提高到6 pixel。 

【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(01)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

振镜扫描方式示意图

图像横向畸变的主要原因是共振振镜速度呈正弦变化。共振振镜的镜面连接一个扭力杆,在驱动电路的激励下以固定频率做简谐运动,振幅只取决于控制电压[13]。共振振镜速度呈正弦变化,如图3所示,在两端的速度为0,在中间时的速度最高。如果采集卡以等时间间隔采集数据,直接利用采样数据拼成的图像两端呈拉伸形变,中间呈压缩形变,整幅图像会出现较大程度的横向畸变[8]。图像错位问题的主要原因是共振振镜反馈的同步信号与振镜的实际位置不匹配。共振振镜提供的行同步信号是用来确定振镜位置的唯一信号,同步信号高电平表示振镜正向运动,低电平表示振镜反向运动,信号的下降沿和上升沿表示振镜运动方向发生了反转。由于硬件原因,同步信号的边缘和振镜反转的时间存在时间间隔,共振振镜位置、速度和同步信号之间的关系如图3所示,其中Δt为同步信号和振镜转向时刻的间隔时间。数据采集卡将同步信号的边沿作为采集一行数据的起点,同步信号和振镜的实际位置不匹配会造成同步信号边沿触发采集开始指令后,在振镜扫描过程中采集到的数据点与空间中的实际位置不能准确匹配。正向运动和反向运动采集到的数据点会向相反方向偏移,拼接成的图像会有锯齿状错位,导致图形特征的边缘模糊不清,影响图像质量。

图像错位问题的主要原因是共振振镜反馈的同步信号与振镜的实际位置不匹配。共振振镜提供的行同步信号是用来确定振镜位置的唯一信号,同步信号高电平表示振镜正向运动,低电平表示振镜反向运动,信号的下降沿和上升沿表示振镜运动方向发生了反转。由于硬件原因,同步信号的边缘和振镜反转的时间存在时间间隔,共振振镜位置、速度和同步信号之间的关系如图3所示,其中Δt为同步信号和振镜转向时刻的间隔时间。数据采集卡将同步信号的边沿作为采集一行数据的起点,同步信号和振镜的实际位置不匹配会造成同步信号边沿触发采集开始指令后,在振镜扫描过程中采集到的数据点与空间中的实际位置不能准确匹配。正向运动和反向运动采集到的数据点会向相反方向偏移,拼接成的图像会有锯齿状错位,导致图形特征的边缘模糊不清,影响图像质量。模拟实验结果如图4所示,图4(a)是均匀分布的条纹图像,图4(b)是模拟采样时间错位并且振镜速度呈正弦变化的情况下扫描到的图像,图像中的条纹呈锯齿状,图像边缘模糊不清,并且两侧的条纹被横向拉伸,中心的条纹被压缩。重构图像在横向畸变的基础上叠加了图像错位,使图像在不同横向位置的错位程度存在一定差异,如图4(b)所示。相比于后期校正失真算法,调整采集卡的采样时间间隔和采样触发时间的方式能更加直接高效地校正图像畸变。


本文编号：3281018