[發明專利]一種用于超分辨定位顯微成像的數據處理裝置及方法

有效

• 申請號: 201710089310.9
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106897969B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 黃振立;桂丹;李路長
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T1/20
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

技術領域

本發明屬于超分辨定位顯微成像技術領域，更具體地，涉及一種用于超分辨定位顯微成像的數據處理裝置及方法。

背景技術

超分辨定位成像技術已可實現達到20nm的空間分辨率，可以從分子水平研究細胞內復雜的工作機制，已成為生命科學研究領域不可或缺的研究工具。隨著探測器技術的快速發展，人們希望在不犧牲成像視場和空間分辨率的情況下，提高超分辨定位成像的時間分辨率。為提高超分辨定位顯微成像的時間分辨率，快速發展的弱光探測器(sCMOS)已經做到理論420M pixel/s的圖像采集速率。然而，目前電腦對于采集到的數據計算速度卻遠不能做到實時處理。當前的主要系統架構是將sCMOS探測器采集到的數據，直接連接到計算機，由計算機的中央處理器(CPU)和圖形處理器(GPU)聯合計算，通過超分辨定位算法來實現圖像的處理。依據不同的算法，所得到的超分辨圖的精度和速度有很大差別。但均不能實現實時處理。對于sCMOS探測器而言，圖像數據采集的速率遠超算法的計算速率。即使是精度較低的代數算法，也需經過較長時間的數據處理才能得到一張超分辨重建圖，極大地制約了超分辨定位顯微成像技術的發展。因此，發明一種既能滿足高精度的空間分辨率又能滿足實時數據處理的方法成為本領域的迫切需求。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供的一種用于超分辨定位顯微成像的數據處理裝置，旨在解決現有處理裝置不能兼顧高精度的空間分辨率又能滿足實時數據處理的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種用于超分辨定位顯微成像的數據處理裝置，包括數據預處理電路以及第一處理器；

數據預處理電路包括：

探測器接口電路，用于采集并傳輸熒光圖；

FPGA，其輸入端與探測器接口電路的輸出端連接，用于從熒光圖中提取熒光分子子區域；以及

第一接口電路，其輸入端與FPGA的輸出端連接，用于將熒光分子子區域傳輸至第一處理器；

第一處理器包括：

存儲器，其第一端與第一接口電路的輸出端連接，用于存儲熒光分子子區域；

CPU，用于向GPU發送定位指令，并接收GPU輸出的超分辨重建圖；

GPU，其第一端與CPU的第一端連接，其第二端與存儲器的第二端連接，用于根據定位指令對熒光分子子區域進行定位處理，獲得超分辨重建圖，并將超分辨重建圖傳輸至CPU，超分辨重建圖由最終最終在圖像顯示器上顯示出來。

本發明提供的數據處理裝置，由數據預處理電路從熒光圖中提取熒光分子子區域，將熒光分子子區域傳輸至第一處理器，第一處理器中的CPU與GPU僅完成對熒光分子子區域的定位處理，能夠提高第一處理器獲得超分辨重建圖的效率。通過探測器接口電路快速從探測器中獲取熒光圖，由FPGA內部提供的硬件電路，能夠實時從大量的熒光圖中提取小數據量的熒光分子子區域，并由第一接口電路將熒光分子子區域快速傳輸至第一處理器。因此，本發明提供的數據處理裝置既能實現高精度超分辨圖像實時重建。

進一步地，數據預處理電路中還包括：多路復用電路，其輸入端與探測器接口電路輸出端連接，其第一輸出端與FPGA的輸入端連接，其第二輸出端用于將熒光圖傳輸至第二處理器，多路復用電路用于接收并將熒光圖復制為兩路熒光圖輸出。

多路復用電路實現將熒光圖分為多路熒光圖，一路熒光圖傳送至數據預處理電路，一路熒光圖傳送至第二處理器，由第二處理器對熒光圖進行超分辨定位處理，使得本發明提供的數據處理裝置與現有的數據處理裝置能夠兼容，用戶可以保留原圖像處理方式。

進一步地數據預處理電路中還包括：多路復用電路，其輸入端與探測器接口電路輸出端連接，其第一輸出端與FPGA的輸入端連接，其第二輸出端用于將熒光圖傳輸至第二處理器，其第三端至第N端用于作為擴展接口，多路復用電路用于接收并將熒光圖復制為多路熒光圖輸出，其中，N≥3。

進一步地，FPGA包括：

熒光圖讀取模塊，其輸入端與探測器接口電路的輸出端連接，用于獲取熒光圖，并將熒光圖分為三路熒光圖輸出；

降噪處理模塊，其輸入端與所述熒光圖讀取模塊的第一輸出端連接，用于對熒光圖進行降噪處理，輸出第一圖像；

去背景處理模塊，其輸入端與降噪處理模塊的輸出端連接，用于對第一圖像進行去背景處理，輸出第二圖像；