[發明專利]一種基于隨機采樣的分塊壓縮感知成像方法及系統

有效

• 申請號: 201610128736.6
• 申請日: 2016-03-07
• 公開（公告）號: CN105741336B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 王中陽;周燕飛;張小偉;沈灝
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T9/00;G06T3/40
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 朱裕祿

本發明提供一種基于隨機采樣的分塊壓縮感知成像方法及系統。其中，所述基于隨機采樣的分塊壓縮感知成像方法包括：控制激光照射樣品，并對照射所述樣品產生的熒光信號進行處理；將處理后的熒光信號到達的成像區域進行分成多個相同塊；分別針對所述成像區域的每塊區域應用相同的采樣算子進行多次采樣得到所述塊區域的觀測向量值；分別針對得到的每塊區域的觀測向量值，計算得到所述塊區域的初始圖像數據；根據每塊區域的初始圖像數據重構出整個初始圖像數據。本發明的方案能夠提高隨機采用成像的效率。

技術領域

本發明涉及一種超分辨成像領域，特別是涉及一種基于隨機采樣的分塊壓縮感知成像方法及系統。

背景技術

光學顯微成像技術具有無損、非接觸、高特異性、高靈敏、高活體友好以及能夠提供功能信息等突出優點，被廣泛的應用于生物醫學和材料科學領域。傳統的光學顯微成像技術受衍射極限的限制，無法做到小于200nm分辨率，只能觀測到微米至亞微米的結構形貌。

為了突破光學顯微成像技術的衍射極限，科學家不斷尋找新的方法來提高顯微成像技術的分辨率。近年來，Stefan W.Hell等人[1,2]提出的STED和基態倒空(Ground statedepletion,GSD)熒光成像技術、莊小威等人[3]提出的STORM技術、Eric Betzig等人[4]和Samuel T.Hess等人[5]提出的光激活定位超分辨成像方法(Photo-activatedlocalization microscopy,PALM)，突破了光學衍射極限的限制，使光學顯微鏡的成像分辨能力提高到幾十納米。其中，STORM技術是利用了熒光探針具有光開關的特性，用特定波長的激光來激活探針，然后用另一個波長激光來觀察、精確定位以及漂白熒光分子，將此過程循環足夠多次后重構得到高分辨率的圖像的方法。由于具有激發強度小、寬場分辨能力高、熒光染料適用性強等特點，STORM技術被廣泛應用于生物醫學領域的研究。STORM技術超高空間分辨率的能力主要依賴于極高的單分子定位精度，即在采集圖像時，對應每一幀圖像只能激活少量熒光分子。但其缺點是為了收集足夠多的光子數來重構一幅完整的圖像，通常需要幾千幀的采樣數，導致采樣效率被約束。同時，當獲得數據后進行單分子擬合等數據處理時，通常也需要幾分鐘至幾十分鐘(針對不同的樣品甚至需要幾小時)來得到一幅高分辨圖像。為了提高STORM技術的成像速度，主要有兩種解決途徑：一是在同等采樣幀數下，加快采樣速率，從而提高成像速度，這就需要增大激發光的強度、縮短熒光染料的光開關時間、使用更加快速的探測器，這類方法是傳統STORM系統的進一步優化，然而較高的激發光強度會引起樣品的損害，不利于對生物樣品活性功能的觀察。二是減少圖像重構所需的采樣幀數，這就需要增大熒光分子的激發密度，使得每幀可以累積更多的單分子事件來減少采樣幀數。在較高的激發密度下，傳統的單分子擬合定位算法便不再適用，以此而發展起來的多分子擬合算法雖然可以提高熒光分子的定位精度，但是在圖像重構速度方面還是較慢。Bo Huang課題組[6]首次提出了基于CVX模型的Compressed Sensing-STORM算法(CS-STORM)，在高激發密度的情況下，其定位精度相較于傳統算法有了較大的提高，大大減少了圖像的采集幀數，但是由于算法的限制，得到一副正常尺寸大小的超分辨圖像卻需要幾天的時間。在專利(CN201510394995.9)，也提出了基于稀疏約束的快速隨機光學重構成像系統及方法。但在采樣次數與重構時間上還有待于進一步優化。

鑒于此，如何找到進一步減低采樣次數減少重構時間的壓縮感知成像方案就成了本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于隨機采樣的分塊壓縮感知成像方法及系統，用于解決現有技術中基于隨機采樣的壓縮感知成像方案采用次數多或及重構時間長，有待于進一步優化的問題。