基于二階廣義全變差的光聲顯微鏡高分辨率圖像重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于二階廣義全變差的光聲顯微鏡 高分辨率圖像重構(gòu)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光聲顯微鏡成像技術(shù)（Photoacoustic Microscopy，PAM)由于其能夠?qū)ι顚咏M織 進(jìn)行高分辨率成像而備受關(guān)注，并被用于很多生物醫(yī)學(xué)研究，如癌癥的分子成像和功能成 像。
[0003] 目前的光聲顯微鏡成像技術(shù)一般是對(duì)成像區(qū)域逐點(diǎn)掃描實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于光學(xué)分辨 率顯微鏡成像技術(shù)（Optical-Resolution Photoacoustic Microscopy，0R-PAM)，要想提 高橫向分辨率，就需要增加光學(xué)數(shù)值孔徑，但相應(yīng)的成像深度也會(huì)減小，并且對(duì)硬件的要 求也會(huì)提升。對(duì)于聲學(xué)分辨率顯微鏡成像技術(shù)（Acoustical-Resolution Photoacoustic Microscopy，AR-PAM)，高成像分辨率取決于更高性能的超聲換能器。
[0004] 已有的一些技術(shù)手段大多是通過(guò)改進(jìn)成像系統(tǒng)或成像方法來(lái)提高成像分辨率，但 都會(huì)增加系統(tǒng)的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是如何在不增加系統(tǒng)成本的同時(shí)提高成像分辨率。
[0006] 為此目的，本發(fā)明提出基于二階廣義全變差的光聲顯微鏡高分辨率圖像重構(gòu)方 法，包括：
[0007] S1、獲取光聲顯微鏡低分辨率圖像；
[0008] S2、對(duì)所述光聲顯微鏡低分辨率圖像進(jìn)行插值處理，得到插值圖像；
[0009] S3、基于二階廣義全變差，確定優(yōu)化所述插值圖像的優(yōu)化模型；
[0010] S4、基于所述優(yōu)化模型，采用凸優(yōu)化算法，重構(gòu)出光聲顯微鏡高分辨率圖像。
[0011] 可選的，所述S2,包括：
[0012] 利用雙三次插值法對(duì)所述光聲顯微鏡低分辨率圖像進(jìn)行插值，得到插值圖像。
[0013] 可選的，在所述S3中，優(yōu)化模型為：
[0016] 其中，I' H為所述插值圖像，α。，α λ為預(yù)設(shè)常數(shù)，Pl，p2均為MXN維矩陣且初 始化為零矩陣，其中，Μ，Ν根據(jù)I' Η的維數(shù)確定；
[0017] 其中，Ih的初始值為所述I' Η，且 CN 105118038 A 說(shuō)明書(shū) 2/8 頁(yè)
[0022] 可選的，所述S4,包括：
[0023] S41、基于所述優(yōu)化模型，確定凸優(yōu)化算法的收斂條件；
[0024] S42、基于凸優(yōu)化算法，更新所述插值圖像；
[0025] S43、判斷更新后的插值圖像是否滿(mǎn)足所述收斂條件，若滿(mǎn)足，則執(zhí)行S44 ;
[0026] S44、將所述更新后的插值圖像作為所述光聲顯微鏡高分辨率圖像。
[0027] 可選的，在所述S43中，若不滿(mǎn)足，則執(zhí)行所述S45 :
[0028] S45、基于凸優(yōu)化算法，更新所述更新后的插值圖像。
[0029] 可選的，所述S41，包括：
[0030] S411、將If -轉(zhuǎn)換為一維向量；其中，所述為第t次迭代得到的插值圖 像，所述為第t+Ι次迭代得到的插值圖像；
[0031] S412、獲取所述S411得到的一維向量的2范數(shù)值；
[0032] S413、確定凸優(yōu)化算法的收斂條件為：所述2范數(shù)值小于等于tol或者t彡T，其 中，tol為預(yù)設(shè)的迭代停止判別值，T為預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)，t為迭代次數(shù)。
[0033] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過(guò)利用二階廣義全變差作為約束項(xiàng)結(jié)合優(yōu)化算法從一 幅低分辨率的光聲顯微鏡圖像重構(gòu)出高分辨率的光聲顯微鏡圖像，使圖像的細(xì)節(jié)更清晰。 本發(fā)明通過(guò)對(duì)已有的低分辨率光聲顯微鏡圖像利用圖像處理手段進(jìn)行離線的高分辨率圖 像重構(gòu)，從而不需要增加任何的系統(tǒng)成本就能得到高分辨率圖像。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于二階廣義全變差的光聲顯微鏡高分辨率圖 像重構(gòu)方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明 一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有 做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0036] 如圖1所不，本實(shí)施例公開(kāi)一種基于二階廣義全變差的光聲顯微鏡高分辨率圖像 重構(gòu)方法，包括：
[0037] S1、獲取光聲顯微鏡低分辨率圖像；
[0038] S2、對(duì)所述光聲顯微鏡低分辨率圖像進(jìn)行插值處理，得到插值圖像；
[0039] S3、基于二階廣義全變差，確定優(yōu)化所述插值圖像的優(yōu)化模型；
[0040] S4、基于所述優(yōu)化模型，采用凸優(yōu)化算法，重構(gòu)出光聲顯微鏡高分辨率圖像。
[0041] 可選的，所述S2,包括：
[0042] 利用雙三次插值法對(duì)所述光聲顯微鏡低分辨率圖像進(jìn)行插值，得到插值圖像。
[0043] 可選的，在所述S3中，優(yōu)化模型為：
[0046] 其中，I' H為所述插值圖像，α。，Ci1, λ為預(yù)設(shè)常數(shù)，Pl，p2均為MXN維矩陣且初 始化為零矩陣，其中，M，N根據(jù)I' H的維數(shù)確定；
[0047] 其中，Ih的初始值為所述I' H，且
[0052] 可選的，所述S4,包括：
[0053] S41、基于所述優(yōu)化模型，確定凸優(yōu)化算法的收斂條件；
[0054] S42、基于凸優(yōu)化算法，更新所述插值圖像；
[0055] S43、判斷更新后的插值圖像是否滿(mǎn)足所述收斂條件，若滿(mǎn)足，則執(zhí)行S44 ;
[0056] S44、將所述更新后的插值圖像作為所述光聲顯微鏡高分辨率圖像。
[0057] 可選的，在所述S43中，若不滿(mǎn)足，則執(zhí)行所述S45 :
[0058] S45、基于凸優(yōu)化算法，更新所述更新后的插值圖像。
[0059] 可選的，所述S41，包括：
[0060] S411、將Ι?-IiU轉(zhuǎn)換為一維向量；其中，所述為第t次迭代得到的插值圖 像，所述1^+1)為第t+ι次迭代得到的插值圖像；
[0061] S412、獲取所述S411得到的一維向量的2范數(shù)值；
[0062] S413、確定凸優(yōu)化算法的收斂條件為：所述2范數(shù)值小于等于tol或者t彡T，其 中，tol為預(yù)設(shè)的迭代停止判別值，T為預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)，t為迭代次數(shù)。
[0063] 具體地，上述方法包括步驟一至步驟九：
[0064] 步驟一：利用雙三次插值將輸入的低分辨率光聲顯微鏡圖像I e Rwxh插值成一 幅高維度的插值圖像I' H，設(shè)插值倍數(shù)為k，則.ΓΗ/ε :，其中M = km, N = kn ;
[0065] 步驟二：初始化變量以及選取參數(shù)；
[0066] 步驟 21:
[0067] 初始化

.這些變量都是維數(shù)為MXN的矩陣。
[0068] 步驟22 :設(shè)定以下參數(shù)的值，δ，α。，α τ，λ，最大迭代次數(shù)T，迭代停止判別值 tol 〇
[0069] 步驟三：更新P1, P2的值；
[0070] 步驟 31:
[0071 ] 計(jì)算?〗"的水平梯度和垂直梯度。
[0072] 水平梯度：
A1T^的最 后一行為0。
[0074] 垂直梯度：
的最后一列為0。
[0076]步驟 32 :
[0077] 分別計(jì)算中間變量A和:
[0079] 步驟33 :更新P1, ρ2的值。
[0080] 計(jì)算權(quán)值：

，其中max代表取最大值，代表兩個(gè)矩陣的對(duì)應(yīng)元素相 除。
[0082] 步驟四：更新q2, q3的值；
[0083] 步驟 41 :
[0084] 計(jì)算的水平梯度和垂直梯度，計(jì)算方法與步驟31中計(jì)算的水平梯度 和垂直梯度相同，得到，Δ2<),碑),。
[0085] 步驟 42 :
[0086] 分別計(jì)算中間值蠆、f2及務(wù):：
[0092]其中，i = 1，· · ·，M, j = 1，· ·