全息圖處理方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及全息圖或者全息強度數(shù)據(jù)處理方法和系統(tǒng)。所述系統(tǒng)實施所述方法，所述方法包括接收全息強度數(shù)據(jù)，全息強度數(shù)據(jù)至少包括傳播空間中離散位置處的全息強度圖案或者圖像，傳播空間包括三維空間，形成全息強度圖案的光波或者光照在所述三維空間上傳播。所述方法包括在所接收的全息強度數(shù)據(jù)中確定至少一個潛在感興趣對象(19)的一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點；以及還包括將確定一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點和與對象關(guān)聯(lián)的至少一個預先確定的傳播空間不變量對象描述符比較以確定匹配，以便識別或者檢測對象并且確定其在傳播空間里的位置。
【專利說明】全息圖處理方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及全息圖處理方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在例如數(shù)字式全息顯微鏡（離軸、同軸等）的全息應用中，通過來自記錄裝置（例 如，C⑶或者CMOS記錄裝置）表面處的光源的參照和對象的波的干擾生成感興趣對象的全 息圖。得到的全息圖特別是表示全息圖的對象的全息強度圖案然后用于重建原始目標位置 處對象的虛擬圖形。然后以常規(guī)方式分析這些重建的虛擬圖形以研究對象，例如，對象的屬 性。
[0003] 盡管全息強度圖案典型地包括大量與相應對象關(guān)聯(lián)的信息，但是這些信息并不經(jīng) 常被使用或者未被充分使用。因此，本發(fā)明的目的至少是解決這種情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種方法，其包括：
[0005] 接收全息強度數(shù)據(jù)，全息強度數(shù)據(jù)至少包括傳播空間中離散位置處的全息強度圖 案或者圖像，傳播空間包括這樣一種空間例如三維空間，其中，與生成全息強度圖案關(guān)聯(lián)的 光照在該空間上傳播，以至少助于全息強度數(shù)據(jù)的生成；
[0006] 處理所接收的全息強度數(shù)據(jù)以確定所接收的全息強度數(shù)據(jù)中的至少一個潛在感 興趣對象的一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點；以及
[0007] 將確定一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點和與對象關(guān)聯(lián)的至少一個預先確定的對象描述 符比較以確定匹配，其中對象描述符是傳播空間不變量。
[0008] 方法可以包括提供多個對象描述符，每個對象描述符包括與傳播空間中的多個希 望離散位置分別關(guān)聯(lián)的多個描述符子集，其中每個描述符子集包括一個或者多個描述符關(guān) 鍵點。
[0009] 通過不同的定義，可以理解的是，在傳播空間收集關(guān)鍵點因而關(guān)鍵點被局域化至 傳播空間。關(guān)鍵點的集合可以形成對于感興趣對象的對象描述符。因而，對象描述符可以 變成傳播空間不變量以允許以傳播空間不變量的方式檢測和/或識別感興趣對象，而導致 檢測的關(guān)鍵點的子集可以另外地允許傳播空間中感興趣對象的局域化。
[0010] 方法可以包括在潛在感興趣對象的一個或多個確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點和對象描述符的 描述符關(guān)鍵點之間的匹配之后，助于潛在感興趣對象的識別以及所識別對象關(guān)于傳播空間 的位置的確定中的一個或者兩個和對象描述符的描述符關(guān)鍵點之間的匹配上的傳播空間 確定所識別對象的位置。
[0011] 方法可以包括通過分析與所接收全息強度圖案關(guān)聯(lián)的像素的強度值而確定數(shù)據(jù) 關(guān)鍵點。
[0012] 方法可以包括：
[0013] 接收對象的圖像；
[0014] 將波形傳播算法應用于傳播空間上的多個離散位置的接收圖像，因而生成與在傳 播空間上的離散位置對應的多個全息強度圖案；
[0015] 確定傳播空間上的每個生成全息強度圖案的描述符關(guān)鍵點；以及
[0016] 使用所確定描述符關(guān)鍵點和表示在傳播空間上的關(guān)聯(lián)的離散位置的信息，生成與 對象關(guān)聯(lián)的對象描述符。
[0017] 可以注意的是，多個生成的全息強度圖案可以通過波形傳播等式人工地生成。盡 管方法包括自動生成人工全息圖并且訓練該人工全息圖，可以理解的是，在一些示例性實 施例中，方法可以包括通過手動地生成多個物理全息圖并將其訓練，確定對象描述符的描 述符關(guān)鍵點。
[0018] 對象的圖像典型地包括對象的顯微鏡圖像。
[0019] 通過將確定描述符關(guān)鍵點和傳播空間中的對應離散位置關(guān)聯(lián)，生成對象描述符子 集；
[0020] 通過關(guān)聯(lián)與對象對應的每個生成的描述符子集，生成與該對象關(guān)聯(lián)的對象描述 符；以及
[0021] 將生成對象描述符存儲在數(shù)據(jù)庫中。
[0022] 在一個示例性實施例中，對象描述符另外是尺度空間不變量，方法因而可以包 括：
[0023] 通過應用模糊算法至每個生成全息強度圖案，對于在傳播空間上生成的多個全息 強度圖案中的每個全息強度圖案生成尺度空間，因而生成模糊圖案；
[0024] 通過將生成模糊圖像彼此相減，確定生成模糊圖像之間的差；
[0025] 定位確定差中的極值尺度不變量關(guān)鍵點；以及
[0026] 使用尺度不變量關(guān)鍵點以生成尺度空間不變量對象描述符。
[0027] 可以注意的是，方法可以包括通過以下步驟確定匹配的精度：
[0028] 應用重建算法至接收全息強度數(shù)據(jù)，以重建接收全息強度數(shù)據(jù)回到與匹配關(guān)鍵點 關(guān)聯(lián)的傳播空間中的離散位置；
[0029] 在傳播空間中該位置處得到關(guān)鍵點；
[0030] 將新得到的關(guān)鍵點與數(shù)據(jù)庫中的對象描述符比較，以增加匹配中的置信值。
[0031] 在一個示例性實施例中，方法可以包括獲取全息強度數(shù)據(jù)的步驟。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的第二方法，提供一種用于處理全息強度數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：
[0033] 存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫；
[0034] 數(shù)據(jù)接收器模塊，其被配置為接收全息強度數(shù)據(jù)，全息強度數(shù)據(jù)至少包括傳播空 間中離散位置處的全息強度圖案或者圖像，傳播空間包括三維空間，其中與生成全息強度 圖案關(guān)聯(lián)的光照在該三維空間上傳播以至少助于全息強度數(shù)據(jù)的生成；
[0035] 數(shù)據(jù)關(guān)鍵點提取模塊，其被配置為以確定接收全息強度數(shù)據(jù)中的至少一個潛在感 興趣對象的一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點；以及
[0036] 比較器模塊，其被配置為將確定的一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點與存儲在數(shù)據(jù)庫中與 對象關(guān)聯(lián)的至少一個預先確定對象描述符比較以確定匹配，其中對象描述符是傳播空間不 變量。
[0037] 數(shù)據(jù)庫存儲多個對象描述符，每個對象描述符包括與傳播空間中的多希望離散位 置分別關(guān)聯(lián)的多個描述符子集，其中每個描述符子集包括一個或者多個描述符關(guān)鍵點。每 個描述符子集可以包括表示傳播空間中關(guān)聯(lián)的離散位置的信息。
[0038] 系統(tǒng)包括分類器模塊，其被配置為在由比較模塊確定的在潛在感興趣對象的一個 或者多個確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點和數(shù)據(jù)庫中存儲的對象描述符的描述符關(guān)鍵點之間的匹配之后， 執(zhí)行潛在感興趣對象的的識別以及所識別對象關(guān)于傳播空間的位置的確定中的一個或者 多個。
[0039] 關(guān)鍵點提取模塊被配置為通過分析與接收全息強度圖案關(guān)聯(lián)的像素的強度值，確 定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點。
[0040] 系統(tǒng)可以包括描述符確定模塊，其包括：
[0041] 訓練數(shù)據(jù)接收器模塊，其被配置為接收對象的圖像；
[0042] 波形傳播模塊，其被配置為應用波形傳播算法至傳播空間上的多個離散位置的接 收圖像，因而生成與傳播空間上的離散位置對應的多個全息強度圖案；并且 [0043] 訓練關(guān)鍵點提取模塊，其被配置為確定在傳播空間上的每個生成全息強度圖案的 描述符關(guān)鍵點；
[0044] 其中描述符確定模塊被配置為使用確定描述符關(guān)鍵點和表示傳播空間上的關(guān)聯(lián) 離散位置的信息以生成與對象關(guān)聯(lián)的對象描述符。
[0045] 描述符確定模塊可以被配置為：
[0046] 通過關(guān)聯(lián)確定描述符關(guān)鍵點和傳播空間里的對應離散位置，生成對象描述符子 集；
[0047] 通過關(guān)聯(lián)對應于對象的每個生成描述符子集，生成與對象關(guān)聯(lián)的對象描述符；以 及
[0048] 將生成對象描述符存儲在數(shù)據(jù)庫中。
[0049] 在一個示例性實施例中，描述符確定模塊可以被配置為：
[0050] 通過應用模糊算法至每個生成全息強度圖案，生成在傳播空間上生成的多個全息 強度圖案中的每個全息強度圖案的尺度空間，因而生成模糊圖像；
[0051] 通過將生成模糊圖像彼此相減，確定生成模糊圖像之間的差；
[0052] 定位確定差中的極值尺度不變量關(guān)鍵點；以及
[0053] 使用尺度不變量關(guān)鍵點以生成尺度空間不變量對象描述符。
[0054] 可以理解的是，對象的形狀和在傳播空間中其它視覺特征可以改變，并且對象的 尺寸可以改變。本發(fā)明有利地具體地解決了傳播空間上的改變。對于微小尺度的對象，可 以理解的是，傳播空間上的對象屬性的變化通常比尺寸變化更大。
[0055] 分類器模塊可以被配置為通過至少以下步驟確定匹配的精度：
[0056] 應用重建算法至所接收全息強度數(shù)據(jù)，以重建接收全息強度數(shù)據(jù)回到與匹配關(guān)鍵 點關(guān)聯(lián)的傳播空間中的離散位置；
[0057] 在傳播空間中的該位置處得到關(guān)鍵點；
[0058] 比較所得到的關(guān)鍵點與對象描述符，以確定匹配。
[0059] 系統(tǒng)還可以包括全息強度數(shù)據(jù)獲取裝置。
[0060] 全息強度數(shù)據(jù)獲取裝置可以包括：
[0061] 光照裝置，其被配置為生成光照；
[0062] 空間濾波器，其位于距離光照裝置預定距離處，空間濾波器包括至少一個光照孔 以用于來自光照裝置的光照從光照孔通過；
[0063] 樣品保持器，其可去除地位于距離空間濾波器預定距離處，樣品保持器被配置為 在來自光照孔的光照的傳播空間中保持樣品材料；以及
[0064]圖像記錄裝置，其與來自樣品保持器的光照的傳播空間中的樣品保持器距離預定 距離，圖像記錄裝置被配置為至少生成樣品保持器中的材料的數(shù)字全息強度圖案。
[0065] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，其提供非暫態(tài)計算機可讀媒介，其包括一組計算機可讀 指令，當該組計算機可讀指令在計算裝置上執(zhí)行時導致計算裝置執(zhí)行上文所描述的方法步 驟。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0066] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的處理全息強度數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的示意性框圖； [0067] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的全息強度數(shù)據(jù)獲取裝置；
[0068] 圖3(a)示出了包括多個對象的樣品的示例性原始圖像；
[0069] 圖3(b)示出了生成的全息強度圖案的圖像；
[0070] 圖3(c)示出了（b)中的全息強度圖案的重建圖像；
[0071] 圖4示出了根據(jù)示例性實施例的全息圖的示意圖；
[0072] 圖5示出了根示出據(jù)示例性實施例的向量位置的圓盤的示意圖；
[0073] 圖6示出了根據(jù)示例性實施例的處理全息強度數(shù)據(jù)的方法的高級流程圖；
[0074] 圖7示出了根據(jù)示例性實施例的方法的另一個流程圖；
[0075] 圖8示出了根據(jù)示例性實施例的方法的另一個流程圖；以及
[0076] 圖9示出了計算機系統(tǒng)的實例形式中的機器的圖示法，其中可以執(zhí)行使得機器執(zhí) 行文中所討論方法的任意一個或多個的指令集。

【具體實施方式】
[0077] 在下文的描述中，為了說明的目的，闡述許多具體細節(jié)以便提供對本公開的實施 例的全面理解。然而，對本領域技術(shù)人員顯而易見的是本公開可以實踐而無須這些具體細 節(jié)。
[0078] 參考附圖中的圖1，其中根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的系統(tǒng)通常由附圖標記10指 代。系統(tǒng)10典型地是處理全息強度數(shù)據(jù)以用于各種應用例如用于識別數(shù)字全息顯微鏡中 感興趣對象的處理系統(tǒng)10。
[0079] 系統(tǒng)10包括存儲非暫態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫或者存儲裝置12。數(shù)據(jù)庫12可以是位于一 個或者多個位置但是彼此數(shù)據(jù)通信的一個或者多個適合的裝置，以提供信息的數(shù)字存儲裝 置。
[0080] 將會注意到的是，系統(tǒng)10可以是計算機實現(xiàn)或者操作的系統(tǒng)并且可以包括具有 非暫態(tài)計算機可讀介質(zhì)的一個或者多個處理器，例如，存儲指令或者軟件的數(shù)據(jù)庫12指令 文中所描述的系統(tǒng)10的操作。參考文中所公開的方法而描述的步驟典型地由與文中所描 述的描述關(guān)聯(lián)的一個或者多個步驟的應用而實現(xiàn)。
[0081] 通過不同的定義，系統(tǒng)10包括多個組件或者模塊，其對應于系統(tǒng)10所執(zhí)行的功能 任務。說明書的上下文中的術(shù)語"模塊"可以被理解為包括代碼的可識別部分、計算機的或 者可執(zhí)行的指令、數(shù)據(jù)或計算對象以實現(xiàn)特定功能、操作、處理或過程。因而，模塊不需要在 軟件中實現(xiàn)，模塊可以在軟件、硬件或者軟件與硬件的組合來實現(xiàn)。另外，模塊不一定需要 被合并到一個裝置中，而是可以在多個裝置之間傳播。所描述的一些模塊在功能上可以重 疊并且在實踐中可以包括單模塊。然而，為了易于解釋，它們將視情況被分別描述和提及。
[0082] 現(xiàn)在參考圖2和圖3,系統(tǒng)10包括數(shù)據(jù)接收器模塊14,其被配置為接收至少包括 全息強度圖案或者圖像的全息強度數(shù)據(jù)，全息強度圖像的實例在圖3(b)中示出。為了簡便 起見，在描述中，術(shù)語"全息"、"全息強度圖案"和"全息圖像"可以理解地指代相同的內(nèi)容。
[0083] 在一個實例性實施例中，數(shù)據(jù)接收器模塊14可以配置為接收來自圖2中示出的全 息強度數(shù)據(jù)獲取裝置16的全息強度數(shù)據(jù)，裝置16被配置為獲取全息強度數(shù)據(jù)。因而模塊 14硬連接或者經(jīng)由無線通信通道中的任意一種與數(shù)據(jù)獲取裝置16數(shù)據(jù)通信。全息強度圖 案典型地與包括多個感興趣對象19例如血細胞的感興趣材料關(guān)聯(lián)?？梢岳斫獾氖?，在一些 示例性實施例中，系統(tǒng)10可選擇地包括數(shù)據(jù)獲取裝置16,系統(tǒng)10因而包括同軸（或者離 軸，視情況而定）數(shù)字全息顯微鏡系統(tǒng)。
[0084] 在圖2中，數(shù)據(jù)獲取裝置16包括配置為生成光照的光照裝置或者光照源18.光照 裝置18包括例如紅外激光二極管（808納米）或者藍色激光二極管（408納米）的二極管 光源。平面空間濾波器20位于距離光照裝置預定距離處?？臻g濾波器20包括直徑約50 微米的至少一個圓形光照孔20. 1以用于來自光照裝置18的光照從所述光照孔20. 1通過。 有利地選擇光照孔20. 1的形狀和/或尺寸，改善來自光照裝置18的光或者光照的準直。換 句話說，將會注意到的是，孔20. 1的功能是在波與對象相交之前創(chuàng)建準直光束。
[0085] 濾波器20設置為垂直于來自光照裝置18的光照的傳播方向。從孔20. 1發(fā)射的 光照典型地包括在傳播空間Z上傳播的衍射光波。傳播空間Z可以寬松地定義為這樣一種 空間，其中，來自裝置18的光或者來自濾波器20的衍射光在該空間上傳播以助于生成全息 圖。傳播空間Z可以是三維的物理空間。然而，對于本說明書，傳播空間Z與平行于來自光 照裝置18的光波或者光照傳播的主軸的單維相對應。
[0086] 傳播空間可以與特定系統(tǒng)10或者裝置16唯一地關(guān)聯(lián)。
[0087] 在任何情況下，裝置16還包括可去除地位于從空間濾波器20預定距離處的樣品 保持器22,樣品保持器22被配置為保持樣品材料在來自光照孔20. 1的光照的傳播空間Z 中。載物片中的材料典型地包括感興趣對象19例如血細胞。樣品保持器22可以包括玻璃 構(gòu)成的透明的顯微鏡載物片。
[0088] 裝置16最后包括圖像記錄裝置或者圖像傳感器24,其在來自樣品保持器22的光 照的傳播空間Z中位于與樣品保持器22預定距離處。圖像記錄裝置24典型地配置為至少 響應從裝置18經(jīng)傳播空間Z入射在其上的光照，生成樣品保持器22中材料的數(shù)字全息強 度圖案。因而，裝置24可以從電荷耦合裝置（CCD)中選擇或者優(yōu)先地為互補金屬氧化物半 導體（CMOS)圖像傳感器，其基本上垂直于光照傳播空間Z設置。
[0089] 通過不同的定義，傳播空間Z是這樣一種空間，其中從裝置18傳播的光照或者光 波或者來自濾波器20的衍射光在該空間上經(jīng)過樣品保持器18中的樣品達到裝置24以形 成樣品保持器18中樣品的全息的空間。
[0090] 裝置16典型地具有較少透鏡，并且CMOS圖像傳感器生成的數(shù)字全息強度圖案可 以包括具有這樣一種像素值的像素矩陣，該像素值對應于與全息強度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的參數(shù)例如 像素強度等。在一些示例性實施例中，為了圖像增強的目的，像素值可以從一個或者多個相 鄰圖像計算。將會注意到的是，為了更好的估計像素值，工作人員應該使用來自相鄰像素的 信息?？刹捎贸直媛始夹g(shù)實現(xiàn)進一步的精度，其在此情況中可以基于光照裝置18和傳感 器或者圖像記錄裝置24之間的（單獨或者共同）變化的相、波長和相對空間位移。
[0091] 在任何情況下，返回到圖1，可以注意到，模塊14接收的全息強度圖案基本上對應 于傳播空間Z中的單個離散位置。
[0092] 系統(tǒng)10還包括數(shù)據(jù)關(guān)鍵點提取模塊26,其配置為處理接收全息強度圖案并且確 定接收全息強度圖像中的至少一個潛在感興趣對象的一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點。在一個示 例性實施例中，模塊26垂直于接收全息強度圖像的像素并且以常規(guī)方式選擇具有感興趣 強度值的像素例如局部最大的位置和最小位置等?？梢宰⒁獾?，確定的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點對應于 模塊26所選擇的一個或者多個感興趣像素。在某些示例性實施例中，極值點也可以從通過 尺寸空間的兩個相鄰的瞬態(tài)圖的差中提取。這可以降低所檢測的更突出那些關(guān)鍵點的數(shù) 量。
[0093] 系統(tǒng)10還包括比較器模塊28,其配置為將確定的一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點與存 儲在數(shù)據(jù)庫12中的多個預定對象描述符比較以確定匹配。每個對象描述符與特定對象例 如血細胞（例如白血細胞）關(guān)聯(lián)。另外并且更重要的，可以注意的是，對象描述符有利地是 傳播空間Z不變量。為此，對應于對象的每個對象描述符典型地包括多個描述符子集，其中 每個描述符子集包括至少描述符關(guān)鍵點和表示傳播空間Z中的關(guān)聯(lián)離散位置的信息。
[0094] 描述符關(guān)鍵點在組成方面可以與數(shù)據(jù)關(guān)鍵點類似并且因而還可以包括與感興趣 像素關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)例如像素強度值。比較器模塊28因而被配置為至少比較確定潛在感興趣 對象的數(shù)據(jù)關(guān)鍵點和對象描述符的描述符關(guān)鍵點，以確定匹配或者基本匹配?？梢岳斫獾?是，為了確定基本匹配，比較器模塊28通常將確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點和存儲在數(shù)據(jù)庫12中的所有 對象描述符的描述符關(guān)鍵點比較，以確定基本匹配。
[0095] 盡管系統(tǒng)10基本上處理像素或者與像素關(guān)聯(lián)的信息、與所接收全息圖關(guān)聯(lián)的信 息，但是為了易于說明，將參考關(guān)鍵點和感興趣區(qū)域，其相應地包括一個或者多個感興趣像 素或者與該一個或者多個感興趣像素關(guān)聯(lián)的信息。
[0096] 在一個示例性實施例中，每個描述符關(guān)鍵點包括向量，該向量存儲例如與在傳播 空間Z上的特定的離散位置或者點處的描述符關(guān)鍵點關(guān)聯(lián)的像素強度值。因而，描述符子 集可以包括與關(guān)鍵點關(guān)聯(lián)的向量，但是另外還包括表示與相應關(guān)鍵點關(guān)聯(lián)的傳播空間Z中 的離散位置的信息。通過不同的定義，可以理解的是傳播空間不變對象描述符將包括描述 符關(guān)鍵點的描述符子集，其中每個描述符子集從傳播空間中離散位置得到。如果在數(shù)據(jù)庫 12中存在與特定描述符子集的匹配，那么該描述符子集將表示傳播空間中的位置。因此，在 對象描述符中，或者對象描述符向量中，甚至可以排序子集，使得向量中的第一元素之間的 描述符子集對應于傳播空間的一端，并且向量端部的那些描述符子集對應于傳播空間的另 一端（取決于希望傳播空間的尺寸）。
[0097] 然而，取決于例如計算資源和效率各種因素，可以理解的是，每個關(guān)鍵點不需要包 括向量而是可以包括單個像素值或者平均值等。
[0098] 在任何情況下，可以理解的是，訓練對象描述符以具有多個傳播空間Z中各個離 散位置的描述符子集，對象描述符的訓練有利地導致所得到的對象描述符為關(guān)于傳播空間 Z的有利不變量。訓練通常采用隨后執(zhí)行識別和/或檢測的相同或者相似的裝置16。
[0099] 系統(tǒng)10典型地包括分類器模塊30,其被配置為在由比較器模塊28確定的匹配之 后，識別接收全息強度圖案中的潛在感興趣對象19。
[0100] 結(jié)果，分類器模塊30還被配置為在模塊28的匹配之后，確定所識別對象關(guān)于傳播 空間Z的離散位置，因為描述符子集中的描述符關(guān)鍵點與傳播空間Z中的相應離散位置關(guān) 聯(lián)。后者可以按傳播空間Z的離散化所允許的分辨率進行。在實際應用中，這意味著可以 從全息圖（全息強度數(shù)據(jù)）的單個瞬態(tài)圖中識別對象，而不必重新聚焦和檢索全息重建以 首先找到對象，因而改善檢測速度。
[0101] 可以在運行系統(tǒng)10之前確定對象描述符以識別感興趣對象。
[0102] 針對這點，系統(tǒng)10包括描述符確定模塊32,其被配置為以上文所描述的方式生成 系統(tǒng)10使用的對象描述符?？梢岳斫獾氖?，對象描述符不必由系統(tǒng)10生成，并且對象描述 符可以在外部生成的但是僅被系統(tǒng)10使用。
[0103] 特別的，模塊32還包括訓練數(shù)據(jù)接收模塊34,其被配置為接收對象的圖像。在此 情況下，模塊34接收到的圖像是傳統(tǒng)的顯微鏡圖像，例如，圖3(a)所示出的圖像但是不是 全息圖。在一些示例性實施例中，模塊34接收全息圖，其可以重建以與傳統(tǒng)圖像相似的方 式使用。
[0104] 模塊32還包括波形傳播模塊36,其被配置為應用波形傳播算法至模塊34接收的 圖像以生成與在傳播空間Z的不同離散位置對應的全息強度圖案。特別地，模塊36被配置 為離散化傳播空間Z并且對于在離散化的傳播空間Z上的每個希望離散位置應用波形傳播 算法以在傳播空間Z中的離散位置位生成全息圖。
[0105] 為了上文所描述的目的，例如取決于例如計算效率，分辨率和精度的標準，模塊36 可以被配置為將傳播空間離散化為預定數(shù)量的位置或者區(qū)域。為此，應當理解的是，模塊32 有利地被配置為接收至少表示傳播空間Z的尺寸的信息。
[0106] 在優(yōu)選地示例性實施例中，波形傳播算法通常實施或者應用下面的波形傳播等式 (1)所描述的方法。
[0107]

【權(quán)利要求】
1. 一種處理全息強度數(shù)據(jù)的方法，其中，所述方法包括： 接收全息強度數(shù)據(jù)，全息強度數(shù)據(jù)至少包括傳播空間中離散位置處的全息強度圖案或 者圖像，傳播空間包括這樣一種空間，其中，與生成全息強度圖案關(guān)聯(lián)的光照在該空間上傳 播，以至少助于全息強度數(shù)據(jù)的生成； 處理所接收的全息強度數(shù)據(jù)以確定所接收的全息強度數(shù)據(jù)中的至少一個潛在感興趣 對象的一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點；以及 將確定的一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點和與對象關(guān)聯(lián)的至少一個預先確定的對象描述符 比較以確定匹配，其中對象描述符是傳播空間不變量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法包括：提供多個對象描述符，每個對象 描述符包括與傳播空間中的多個希望離散位置分別關(guān)聯(lián)的多個描述符子集，其中每個描述 符子集包括一個或者多個描述符關(guān)鍵點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述方法包括：在潛在感興趣對象的一個或多個 確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點和對象描述符的描述符關(guān)鍵點之間的匹配之后，助于潛在感興趣對象的識 別和檢測以及所識別對象關(guān)于傳播空間的位置的確定中的一個或者多個。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，所述方法包括通過分析與接收全息強度圖 案關(guān)聯(lián)的像素的強度值，確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項所述的方法，其中，所述方法包括： 接收對象的圖像； 將波形傳播算法應用于傳播空間上的多個離散位置的接收圖像，因而生成與在傳播空 間上的離散位置對應的多個全息強度圖案； 確定傳播空間上的每個生成全息強度圖案的描述符關(guān)鍵點；以及 使用所確定描述符關(guān)鍵點和表示在傳播空間上的關(guān)聯(lián)的離散位置的信息，生成與對象 關(guān)聯(lián)的對象描述符。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，對象的圖像包括對象的顯微鏡圖像。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5至6中的任一項所述的方法，其中，所述方法包括： 通過將確定描述符關(guān)鍵點和傳播空間中的對應離散位置關(guān)聯(lián)，生成對象描述符子集； 通過關(guān)聯(lián)與對象對應的每個生成的描述符子集，生成與該對象關(guān)聯(lián)的對象描述符；以 及 將生成對象描述符存儲在數(shù)據(jù)庫中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中的任一項所述的方法，其中，對象描述符另外是在尺度空間上 的尺度空間不變量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述方法包括： 通過應用模糊算法至每個生成全息強度圖案，對于在傳播空間上生成的多個全息強度 圖案中的每個全息強度圖案生成尺度空間，因而生成模糊圖案； 通過將生成模糊圖像彼此相減，確定生成模糊圖像之間的差； 定位確定差中的極值尺度不變量關(guān)鍵點；以及 使用尺度不變量關(guān)鍵點以生成尺度空間不變量對象描述符。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述方法包括通過以下步驟確定匹 配的精度： 應用重建算法至接收全息強度數(shù)據(jù)，以重建接收全息強度數(shù)據(jù)回到與匹配關(guān)鍵點關(guān)聯(lián) 的傳播空間中的離散位置； 在傳播空間中該位置處得到關(guān)鍵點； 將新得到的關(guān)鍵點與數(shù)據(jù)庫中的對象描述符比較，以增加匹配中的置信值。
11. 一種處理全息強度數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫； 數(shù)據(jù)接收器模塊，其被配置為接收全息強度數(shù)據(jù)，所述全息強度數(shù)據(jù)至少包括傳播空 間中離散位置處的全息強度圖案或者圖像，所述傳播空間包括這樣一種空間，其中與生成 全息強度圖案關(guān)聯(lián)的光照在該種空間上傳播以至少助于全息強度數(shù)據(jù)的生成； 數(shù)據(jù)關(guān)鍵點提取模塊，其被配置為處理接收全息強度數(shù)據(jù)以確定接收全息強度數(shù)據(jù)中 的至少一個潛在感興趣對象的一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點；以及 比較器模塊，其被配置為將確定的一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點與存儲在數(shù)據(jù)庫中與對 象關(guān)聯(lián)的至少一個預先確定對象描述符比較以確定匹配，其中對象描述符是傳播空間不變 量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)庫存儲多個對象描述符，每個對象描 述符包括與傳播空間中的多希望離散位置分別關(guān)聯(lián)的多個描述符子集，其中每個描述符子 集包括一個或者多個描述符關(guān)鍵點。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括分類器模塊，其被配置為在由所 述比較模塊確定的在潛在感興趣對象的一個或者多個確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點和數(shù)據(jù)庫中存儲的 對象描述符的描述符關(guān)鍵點之間的匹配之后，執(zhí)行潛在感興趣對象的的識別和檢測以及所 識別對象關(guān)于傳播空間的位置的確定中的一個或者多個。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)關(guān)鍵點提取模塊被配置 為通過分析與接收全息強度圖案關(guān)聯(lián)的像素的強度值，確定數(shù)據(jù)關(guān)鍵點。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12至14中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括描述符確定模 塊，其包括： 訓練數(shù)據(jù)接收器模塊，其被配置為接收對象的圖像； 波形傳播模塊，其被配置為應用波形傳播算法至傳播空間上的多個離散位置的接收圖 像，因而生成與傳播空間上的離散位置對應的多個全息強度圖案；并且 訓練關(guān)鍵點提取模塊，其被配置為確定在傳播空間上的每個生成全息強度圖案的描述 符關(guān)鍵點； 其中描述符確定模塊被配置為使用確定描述符關(guān)鍵點和表示傳播空間上的關(guān)聯(lián)離散 位置的信息以生成與對象關(guān)聯(lián)的對象描述符。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，對象的圖像包括對象的顯微鏡圖像。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，描述符確定模塊可以被配置為： 通過關(guān)聯(lián)確定描述符關(guān)鍵點和傳播空間里的對應離散位置，生成對象描述符子集； 通過關(guān)聯(lián)對應于對象的每個生成描述符子集，生成與對象關(guān)聯(lián)的對象描述符；以及 將生成對象描述符存儲在數(shù)據(jù)庫中。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15至17中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，對象描述符另外是尺度空間 不變量，其中描述符確定模塊被配置為： 通過應用模糊算法至每個生成全息強度圖案，生成在傳播空間上生成的多個全息強度 圖案中的每個全息強度圖案的尺度空間，因而生成模糊圖像； 通過將生成模糊圖像彼此相減，確定生成模糊圖像之間的差； 定位確定差中的極值尺度不變量關(guān)鍵點；以及 使用尺度不變量關(guān)鍵點以生成尺度空間不變量對象描述符。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，分類器模塊被配置為通過至少以下步驟確定 匹配精度： 應用重建算法至所接收全息強度數(shù)據(jù)，以重建接收全息強度數(shù)據(jù)回到與匹配關(guān)鍵點關(guān) 聯(lián)的傳播空間中的離散位置； 在傳播空間中的該位置處得到關(guān)鍵點； 比較所得到的關(guān)鍵點與對象描述符，以確定匹配。
20. 根據(jù)權(quán)利要求11至19中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括全息強度數(shù)據(jù) 獲取裝置，其包括： 光照裝置，其被配置為生成光照； 空間濾波器，其位于距離光照裝置預定距離處，空間濾波器包括至少一個光照孔以用 于來自光照裝置的光照從所述光照孔通過； 樣品保持器，其可去除地位于距離空間濾波器預定距離處，樣品保持器被配置為在來 自光照孔的光照的傳播空間中保持樣品材料；以及 圖像記錄裝置，其與來自樣品保持器的光照的傳播空間中的樣品保持器距離預定距 離，圖像記錄裝置被配置為至少生成樣品保持器中的材料的數(shù)字全息強度圖案。
21. -種非暫態(tài)計算機可讀媒介，其包括一系列指令，當該指令被計算裝置執(zhí)行時導致 該計算裝置執(zhí)行以下步驟： 接收全息強度數(shù)據(jù)，全息強度數(shù)據(jù)至少包括傳播空間中離散位置處的全息強度圖案或 者圖像，傳播空間包括這樣一種空間，其中，與生成全息強度圖案關(guān)聯(lián)的光照在該空間上傳 播，以至少助于全息強度數(shù)據(jù)的生成； 處理所接收的全息強度數(shù)據(jù)以確定所接收的全息強度數(shù)據(jù)中的至少一個潛在感興趣 對象的一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點；以及 將確定一個或者多個數(shù)據(jù)關(guān)鍵點和與對象關(guān)聯(lián)的至少一個預先確定的對象描述符比 較以確定匹配，其中對象描述符是傳播空間不變量。
【文檔編號】G03H1/04GK104115074SQ201280068912
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月2日
【發(fā)明者】特加朗·奈杜, 約翰·昂德里克·斯瓦特, 蘇珊娜·雨果, 皮特·萬羅伊恩 申請人:Csir公司