[發明專利]基于單分子定位的快速超分辨成像方法及系統

有效

• 申請號: 201110007997.X
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102063730A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 黃振立;駱清銘;馬洪強;龍帆
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T1/00
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 周發軍

技術領域

本發明屬于超分辨成像技術領域，特別是涉及一種基于單分子定位的快速超分辨成像方法及系統。

背景技術

對基于單分子定位的超分辨成像系統而言，現在業界普遍認為，EMCCD是系統必備的探測器。EMCCD的控制主要通過生產商提供的配套軟件實現，但存在的主要問題是：

在硬件調控方面，配套的軟件僅考慮了EMCCD的控制，并沒有考慮其他設備的控制，例如：超分辨成像過程中激發光、激活光的切換及光強控制，全內反射熒光（TIRF）成像所用平移臺的控制，快門的控制（用來開關激光）等。所以，基于配套軟件的超分辨成像系統，實驗效率低、耗時大、各種設備之間的同步性差，限制了快速超分辨成像的實現。

在圖像處理方面，配套軟件沒有提供超分辨圖像處理及重建的功能。其次，目前超分辨圖像處理常用的算法主要有高斯擬合法、解線性方程法、質心法，但這些算法的缺點是不能同時實現高處理速度和高定位精度。另外，目前超分辨圖像處理使用的計算技術是基于CPU的單線程或多線程，導致處理和重建速度慢，很難實現快速超分辨成像。

發明內容

本發明的目的之一提供圖像處理和重建速度快、定位精度高的一種基于單分子定位的超分辨成像方法和系統。

根據本發明的一個方面，提供一種基于單分子定位的快速超分辨成像方法，包括：

設置圖像采集參數、硬件調控參數、超分辨圖像處理和重建參數；

根據所述硬件調控參數進行硬件調控；

根據所述采集參數進行圖像采集，并根據所述采集的圖像反饋調控所述硬件；及

根據所述超分辨圖像處理和重建參數對所述采集的圖像進行超分辨圖像處理和重建，并根據超分辨圖像處理和重建的結果反饋調控所述硬件。

根據本發明的另一個方面，提供一種基于單分子定位的快速超分辨成像系統，包括：

參數設置單元，設置圖像采集參數、硬件調控參數和超分辨圖像處理和重建參數；

硬件調控單元，根據所述硬件調控參數進行硬件調控；

圖像采集單元，根據所述采集參數進行圖像采集，并根據所述采集的圖像反饋調控所述硬件；

圖形處理單元，根據所述超分辨圖像處理和重建參數對所述采集的圖像進行超分辨圖像處理和重建，并根據超分辨圖像處理和重建的結果反饋調控所述硬件。

本發明提供的基于單分子定位的超分辨成像方法和系統能實現實時、快速的超分辨成像。

附圖說明

圖1?是本發明實施例提供的基于單分子定位的快速超分辨成像方法的流程圖；

圖2是圖1所示流程中根據超分辨圖像處理和重建參數對采集的圖像進行超分辨圖像處理和重建的流程圖；

圖3?是本發明實施例提供的基于單分子定位的快速超分辨成像系統的結構框圖；

圖4是圖1提供的基于單分子定位的快速超分辨成像方法的具體工作流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明實施例提供的基于單分子定位的快速超分辨成像方法包括：

步驟S101、設置圖像采集參數、硬件調控參數、超分辨圖像處理和重建參數。其中，設置圖像采集參數具體可是設置圖像傳感器EMCCD的采集參數，例如，曝光時間、采集周期、采集幀數、圖像區域、制冷溫度和電子倍增EMGain等。硬件的調控參數，即設置開關信號的周期、占空比、延遲時間及電機的位置等。超分辨圖像處理和重建參數可包括每次處理和重建的幀數、放大倍數、系統放大率及電子倍增EMGain等。

步驟S102、根據硬件調控參數進行硬件調控。硬件的調控會實時反映在圖像傳感器EMCCD上面。

步驟S103、根據采集參數進行圖像采集，并根據采集的圖像反饋調控硬件；及

步驟S104、根據超分辨圖像處理和重建參數對采集的圖像進行超分辨圖像處理和重建，并根據超分辨圖像處理和重建的結果反饋調控硬件。該步驟將結合圖2所示流程進行詳細說明。

以上調控硬件包括：控制激發光、激活光光強以及激發時間的電機，反饋補償樣品漂移的平移臺等。

如圖2所示，根據超分辨圖像處理和重建參數對采集的圖像進行超分辨圖像處理和重建包括：

步驟S1041、將采集的圖像進行卷積去噪；

步驟S1042、根據設定超分辨圖像處理和重建參數的閾值對去噪后的圖像數據進行計算，根據計算結果標記單分子位置信息；

步驟S1043、根據標記的單分子位置信息進行次像素級定位，確定單分子定位信息；次像素級定位是采用最大似然法進行高精度定位。

步驟S1044、疊加渲染單分子定位信息成最終的超分辨結果圖。