(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111664750.5 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 南京理工大 学智能计算成像 研究院 有限公司 地址 210000 江苏省南京市 建邺区嘉陵江 东街8号科技综合体B4幢二单 元4层 (72)发明人 左超　张晓磊　陈钱　胡岩　沈茜　 李卓识　 (74)专利代理 机构 北京翔瓯知识产权代理有限 公司 11480 代理人 向维登 (51)Int.Cl. G06T 5/00(2006.01) G06T 5/10(2006.01) G06K 9/62(2022.01)G06F 17/14(2006.01) G06V 10/77(2022.01) (54)发明名称 基于希尔伯 特变换相位解调和BM3D去噪的 定量相位成像方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于希尔伯特变换相位 解调和BM3D去噪的定量相位成像方法， 包括全息 图去噪、 样品包裹相位求解、 条纹局部方向角计 算及样品相位恢复四大步骤。 本发 明的定量相位 成像方法通过BM3D算法对全息图进行去噪， 减少 了成像系统的散斑噪声； 通过希尔伯特螺旋变换 进行相位解调， 进一步消除0级 衍射项的影 响， 提 高了相位恢复的精度； 此外， 得到包裹相位后， 通 过主成分分析算法去除像差， 并利用基于可靠度 的解包裹算法进行相位解包裹， 最终实现高质量 的相位重构。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114359097 A 2022.04.15 CN 114359097 A 1.一种基于希尔伯特变换相位解调和BM3D去噪的定量相位成像方法， 其特征在于， 步 骤如下： 步骤一， 全息图去噪； 步骤二， 样品包裹相位 求解； 步骤三， 条纹局部方向角计算； 步骤四， 样品相位恢复。 2.根据权利要求1所述的一种基于希尔伯特变换相位解调和BM3D去噪的定量相位成像 方法， 其特 征在于， 步骤一具体为： 步骤1.1.基于 离轴的数字全息系统， 采集样品的干涉全息图， 记为 I(x,y)， 步骤1.2.并对条纹图进行BM 3D算法去噪， 得到去噪图像， 记为 Id(x,y)。 3.根据权利要求2所述的一种基于希尔伯特变换相位解调和BM3D去噪的定量相位成像 方法， 其特征在于， BM3D算法去噪包含初步估计和最终估计两步， 首先找相 似块， 使用硬阈 值变换降低L2距离的复杂度； 然后将相似块域转换， 通过协同滤波降低相似块自身含有的 噪声， 并在聚合时对相似块加权处理， 得到降噪后的目标块， 最终消除全息图中的散斑噪 声。 4.根据权利要求3所述的一种基于希尔伯特变换相位解调和BM3D去噪的定量相位成像 方法， 其特 征在于， BM 3D算法去噪具体步骤为： 初步估计， 寻找每个目标图块附近的相似图块， 并把这些块整合成一个三维矩阵； 进行 协同滤波， 对每个三维矩阵中的二维的块进行二维变换后， 再在矩阵的第三个维度进行硬 阈值变换， 统计非零成分的数量； 将这些图块逆变换后放回原 位， 利用非零 成分数量统计叠 加权重， 最后将叠放后的图除以每 个点的权 重， 得到基础估计的图像； 最终估计， 直接用基础估计图块的欧氏距离衡量相似程度， 将基础估计图块、 含噪原图 图块分别叠成两个三维数组； 将两个三维矩阵都进行二维和一维变换， 再用维纳滤波将噪 声图形成的三维矩阵进行系数放缩； 聚合得到去噪图像， 记为 Id(x,y)。 5.根据权利要求1所述的一种基于希尔伯特变换相位解调和BM3D去噪的定量相位成像 方法， 其特征在于， 步骤二具体为： 对采集的全息图进行傅立叶变换到频域， 基于离轴全息 系统， 样品的频谱会自动分为三项， 用带通滤波器去除0级光谱， 对剩余频谱进行希尔伯特 螺旋变换， 再进行傅里叶逆变换， 获得 滤波后的条纹分布， 记为 IF(x,y)。 6.根据权利要求1所述的一种基于希尔伯特变换相位解调和BM3D去噪的定量相位成像 方法， 其特征在于， 步骤三具体 为： 分别计 算条纹图在x和y方向上的梯度记为Ix和Iy， 算出条 纹图的局部方向角 θ 。 7.根据权利要求1所述的一种基于希尔伯特变换相位解调和BM3D去噪的定量相位成像 方法， 其特征在于， 步骤四具体为： 通过希尔伯特螺旋变换解调样品包裹相位 再利 用主成分分析算法去除像差， 通过基于可靠度的解包裹算法进行相位解包裹， 最终得到样 品的相位分布。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114359097 A 2基于希尔伯特 变换相位解调和BM3D去噪的定量相位成像方 法 技术领域 [0001]本发明涉及定量相位成像技术领域， 具体涉及一种基于希尔伯特变换相位解调和 BM3D去噪的定量相位成像方法。 背景技术 [0002]在生物学、 生物医学和病理学研究领域， 在细胞和亚细胞水平的细胞三维结构的 定量分析是非常必 要的。 然而， 由于生物细胞具有弱吸收性， 其在传统明场显微镜下呈现出 很低的对比度。 为了使细胞在显微镜下可见， 现有手段常采用染色或者荧光标记的方法提 高细胞在显微镜下 的对比度。 然而这种侵入式手段往往会对细胞活性产生影响， 甚至可能 会损伤甚至杀死细胞。 无标记成像技术解决了这一问题。 无需任何外源的标记物对细胞进 行处理， 数字全息术使定量相位显微镜能够用于无标记活细胞成像， 在保持细胞活性的情 况下实现长时间成像。 [0003]数字全息是基于干涉成像的， 要求高精度、 高稳定的系统来实现可靠的相位重构。 然而， 由于受到散斑噪声及零级衍射噪声的影响,基于傅叶变换 的常规重构算法在相位重 构中会受到噪声干扰， 降低了相位重构的精度。 发明内容 [0004]本发明公开了一种基于希尔伯特变换相位解调和BM3D去噪的定量相位成像方法， 以实现高质量的相位重构。 [0005]本发明的技术方案如下： 一种基于希尔伯特变换相位解调和B M3D去噪的定量相位 成像方法， 步骤如下： [0006]步骤一， 全息图去噪； [0007]步骤二， 样品包裹相位 求解； [0008]步骤三， 条纹局部方向角计算； [0009]步骤四， 样品相位恢复。 [0010]优选的， 步骤一具体为： [0011]步骤1.1.基于 离轴的数字全息系统， 采集样品的干涉全息图， 记为 I(x,y)， [0012]步骤1.2.并对条纹图进行BM 3D算法去噪， 得到去噪图像， 记为 Id(x,y)； [0013]优选的， B M3D算法去噪包含初步估计和最终估计两步， 首先找相似块， 使用硬阈值 变换降低L2距离的复杂度； 然后将相似块域转换， 通过协同滤波降低相似块自身含有的噪 声， 并在聚合时对相似块加权处 理， 得到降噪后的目标块， 最终消除全息图中的散斑噪声。 [0014]优选的， BM 3D算法去噪具体步骤为： [0015]初步估计， 寻找每个目标图块附近的相似图块， 并把这些块整合成一个三维矩阵； 进行协同滤波， 对每个三维矩阵中的二维的块进行二维变换后， 再在矩阵的第三个维度进 行硬阈值变换， 统计非零成分的数量； 将这些图块逆变换后放回原位， 利用非零成分数量统 计叠加权 重， 最后将叠放后的图除以每 个点的权 重， 得到基础估计的图像；说　明　书 1/4 页 3 CN 114359097 A 3