[發(fā)明專利]厚樣本顯微熒光圖像重構(gòu)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910568163.2
• 申請(qǐng)日: 2019-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN110363734B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷朝臣;龔靖渝;吳開杰;關(guān)新平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/50
• 分類號(hào): G06T5/50;G06T5/00;G06K9/62
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發(fā)明提供一種厚樣本顯微熒光圖像重構(gòu)方法及系統(tǒng)，以小于顯微鏡景深的步長(zhǎng)等間隔采集不同焦平面的視野圖像，得到數(shù)據(jù)立方；利用設(shè)定長(zhǎng)寬的矩形將視野圖像劃分為不同的柵格，利用柵格中最亮點(diǎn)的亮度值、柵格各像素亮度值的方差構(gòu)建清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，并建立柵格置信度地圖；對(duì)每個(gè)柵格的第一對(duì)焦位置進(jìn)行修正后，精確每個(gè)像素點(diǎn)的對(duì)焦位置，在位置空間與視野圖像上對(duì)柵格的邊緣做光滑處理，得到初步重構(gòu)圖像；對(duì)初步重構(gòu)圖像中的像素點(diǎn)進(jìn)行熒光特征聚類，由熒光特征所占像素點(diǎn)數(shù)量決定分割柵格的大小，對(duì)每個(gè)熒光特征進(jìn)行重構(gòu)并得到最終重構(gòu)圖像。解決了厚樣本同一視野下不同位置焦平面不同的問(wèn)題，提升了重構(gòu)之后熒光圖像質(zhì)量和整體清晰度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及顯微鏡與圖像處理領(lǐng)域，具體地，涉及厚樣本顯微熒光圖像重構(gòu)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

顯微熒光成像是生命科學(xué)領(lǐng)域定量分析的重要手段，受高倍物鏡景深極小的限制，厚樣本熒光顯微成像無(wú)法實(shí)現(xiàn)視野內(nèi)熒光特征的清晰采集，尤其在于厚樣本同一視野下不同位置焦平面不同時(shí)，熒光圖像采集更難，且整體清晰度不夠。

與本申請(qǐng)相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)是專利文獻(xiàn)CN1071111118A，公開了用于對(duì)厚樣本高分辨率成像的epi-照明傅立葉重疊關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)和方法，包括：可變照明源，其被配置為以多個(gè)入射角依次提供輻射；第一偏振器系統(tǒng)，其被配置為將來(lái)自可變照明源的輻射偏振到入射在樣本上的第一偏振狀態(tài)；集光器件，其被配置為接收從樣本發(fā)出的輻射；第二偏振器系統(tǒng)，其被配置為接收通過(guò)集光器件傳遞的輻射；輻射檢測(cè)器，其被配置為接收來(lái)自第二偏振器系統(tǒng)的輻射；以及處理器，其被配置為根據(jù)第一強(qiáng)度圖像序列和第二強(qiáng)度圖像序列來(lái)確定去散射的表面強(qiáng)度圖像序列。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種厚樣本顯微熒光圖像重構(gòu)方法及系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種厚樣本顯微熒光圖像重構(gòu)方法，包括如下步驟：

數(shù)據(jù)立方采集步驟：在同一視野中，在熒光切片起伏的范圍之內(nèi)，以小于顯微鏡景深的步長(zhǎng)等間隔采集不同焦平面的視野圖像，得到數(shù)據(jù)立方；

局部柵格劃分步驟：基于數(shù)據(jù)立方，利用設(shè)定長(zhǎng)寬的矩形將視野圖像劃分為不同的柵格，且各個(gè)柵格之間沒(méi)有重疊；

對(duì)焦位置初測(cè)步驟：對(duì)于一個(gè)柵格，利用柵格中最亮點(diǎn)的亮度值、柵格各像素亮度值的方差構(gòu)建清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，確定視野中各柵格的第一對(duì)焦位置，并利用每個(gè)柵格在第一對(duì)焦位置處的最亮點(diǎn)建立柵格置信度地圖；

對(duì)焦位置修正步驟：利用柵格置信度地圖以及各個(gè)柵格周圍柵格對(duì)焦位置的信息，對(duì)每個(gè)柵格的第一對(duì)焦位置進(jìn)行修正，以減少離焦熒光的光暈對(duì)對(duì)焦位置判斷的影響；

信息補(bǔ)全修正步驟：精確每個(gè)像素點(diǎn)的對(duì)焦位置，并且在位置空間與視野圖像上對(duì)柵格的邊緣做光滑處理，得到初步重構(gòu)圖像；

熒光特征重構(gòu)步驟：對(duì)初步重構(gòu)圖像中的像素點(diǎn)進(jìn)行熒光特征聚類，得到各個(gè)熒光特征所占像素點(diǎn)，由熒光特征所占像素點(diǎn)數(shù)量決定分割柵格的大小，擁有相同分割柵格大小的熒光特征合并為一個(gè)熒光特征，使得柵格的大小能夠適應(yīng)各種尺度的熒光特征，對(duì)每個(gè)熒光特征進(jìn)行重構(gòu)并得到最終重構(gòu)圖像。

優(yōu)選地，所述對(duì)焦位置初測(cè)步驟包括：

清晰度評(píng)價(jià)步驟：對(duì)于同一柵格在不同焦平面所拍攝的視野圖像，分別計(jì)算各視野圖像在柵格中最亮點(diǎn)的亮度值、柵格內(nèi)各像素亮度值的方差，并將最亮點(diǎn)的亮度值、各像素亮度值的方差相乘積作為清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)；

柵格對(duì)焦步驟：計(jì)算同一柵格內(nèi)不同焦平面采集的視野圖像的清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，得到清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)最大時(shí)的焦平面位置，作為所述柵格的第一對(duì)焦位置；

柵格置信步驟：對(duì)于各個(gè)柵格，獲取在第一對(duì)焦位置處的視野圖像，得到視野圖像在柵格中的最亮點(diǎn)的亮度值，將最亮點(diǎn)的亮度值與第一設(shè)定閾值進(jìn)行對(duì)比，得到所述柵格的置信度，進(jìn)一步建立置信度地圖。