使用往復(fù)式逐行掃描的方式可以提高激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡的成像速度和數(shù)據(jù)利用率,但這種掃描方式也會帶來圖像畸變和錯位問題,從而影響系統(tǒng)成像質(zhì)量。受掃描畸變影響,圖像錯位程度不一致,后期處理難以得到理想的校正效果。本文基于共振振鏡的運(yùn)動規(guī)律,推導(dǎo)了均勻空間采樣過程中的采樣時間函數(shù),通過非等時采樣方法校正了振鏡速度變化帶來的橫向畸變。利用互相關(guān)法評價圖像錯位程度,采用遺傳算法獲得最優(yōu)的采樣開始時刻,實(shí)現(xiàn)了圖像錯位的校正。最終通過調(diào)整采樣開始時刻和時間間隔在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)校正了圖像畸變和錯位。為了驗(yàn)證圖像畸變校正和錯位校正效果,本文搭建了基于往復(fù)式逐行掃描方式的激光共聚焦顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法能夠有效地校正圖像畸變和錯位,圖像的橫向分辨率。與現(xiàn)有方法相比,本文方法將圖像的局部分辨率由10 pixel提高到6 pixel。 

【文章來源】：光學(xué)精密工程. 2020,28(01)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

振鏡掃描方式示意圖

圖像橫向畸變的主要原因是共振振鏡速度呈正弦變化。共振振鏡的鏡面連接一個扭力桿,在驅(qū)動電路的激勵下以固定頻率做簡諧運(yùn)動,振幅只取決于控制電壓[13]。共振振鏡速度呈正弦變化,如圖3所示,在兩端的速度為0,在中間時的速度最高。如果采集卡以等時間間隔采集數(shù)據(jù),直接利用采樣數(shù)據(jù)拼成的圖像兩端呈拉伸形變,中間呈壓縮形變,整幅圖像會出現(xiàn)較大程度的橫向畸變[8]。圖像錯位問題的主要原因是共振振鏡反饋的同步信號與振鏡的實(shí)際位置不匹配。共振振鏡提供的行同步信號是用來確定振鏡位置的唯一信號,同步信號高電平表示振鏡正向運(yùn)動,低電平表示振鏡反向運(yùn)動,信號的下降沿和上升沿表示振鏡運(yùn)動方向發(fā)生了反轉(zhuǎn)。由于硬件原因,同步信號的邊緣和振鏡反轉(zhuǎn)的時間存在時間間隔,共振振鏡位置、速度和同步信號之間的關(guān)系如圖3所示,其中Δt為同步信號和振鏡轉(zhuǎn)向時刻的間隔時間。數(shù)據(jù)采集卡將同步信號的邊沿作為采集一行數(shù)據(jù)的起點(diǎn),同步信號和振鏡的實(shí)際位置不匹配會造成同步信號邊沿觸發(fā)采集開始指令后,在振鏡掃描過程中采集到的數(shù)據(jù)點(diǎn)與空間中的實(shí)際位置不能準(zhǔn)確匹配。正向運(yùn)動和反向運(yùn)動采集到的數(shù)據(jù)點(diǎn)會向相反方向偏移,拼接成的圖像會有鋸齒狀錯位,導(dǎo)致圖形特征的邊緣模糊不清,影響圖像質(zhì)量。

圖像錯位問題的主要原因是共振振鏡反饋的同步信號與振鏡的實(shí)際位置不匹配。共振振鏡提供的行同步信號是用來確定振鏡位置的唯一信號,同步信號高電平表示振鏡正向運(yùn)動,低電平表示振鏡反向運(yùn)動,信號的下降沿和上升沿表示振鏡運(yùn)動方向發(fā)生了反轉(zhuǎn)。由于硬件原因,同步信號的邊緣和振鏡反轉(zhuǎn)的時間存在時間間隔,共振振鏡位置、速度和同步信號之間的關(guān)系如圖3所示,其中Δt為同步信號和振鏡轉(zhuǎn)向時刻的間隔時間。數(shù)據(jù)采集卡將同步信號的邊沿作為采集一行數(shù)據(jù)的起點(diǎn),同步信號和振鏡的實(shí)際位置不匹配會造成同步信號邊沿觸發(fā)采集開始指令后,在振鏡掃描過程中采集到的數(shù)據(jù)點(diǎn)與空間中的實(shí)際位置不能準(zhǔn)確匹配。正向運(yùn)動和反向運(yùn)動采集到的數(shù)據(jù)點(diǎn)會向相反方向偏移,拼接成的圖像會有鋸齒狀錯位,導(dǎo)致圖形特征的邊緣模糊不清,影響圖像質(zhì)量。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示,圖4(a)是均勻分布的條紋圖像,圖4(b)是模擬采樣時間錯位并且振鏡速度呈正弦變化的情況下掃描到的圖像,圖像中的條紋呈鋸齒狀,圖像邊緣模糊不清,并且兩側(cè)的條紋被橫向拉伸,中心的條紋被壓縮。重構(gòu)圖像在橫向畸變的基礎(chǔ)上疊加了圖像錯位,使圖像在不同橫向位置的錯位程度存在一定差異,如圖4(b)所示。相比于后期校正失真算法,調(diào)整采集卡的采樣時間間隔和采樣觸發(fā)時間的方式能更加直接高效地校正圖像畸變。


本文編號：3281018