[發(fā)明專利]基于傅里葉功率譜的冷凍電鏡單顆粒圖像配準(zhǔn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110022500.5
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112614170B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳宇軒;沈紅斌
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06F17/14
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于傅里葉功率譜的冷凍電鏡單顆粒圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，通過對待測冷凍電鏡單顆粒圖片集進(jìn)行功率譜高通濾波器參數(shù)估計(jì)，對于兩張需要進(jìn)行配準(zhǔn)的冷凍電鏡單顆粒圖像，分別計(jì)算其傅里葉功率譜并根據(jù)估計(jì)所得參數(shù)進(jìn)行高通濾波得到對應(yīng)功率譜，并提取特征點(diǎn)，根據(jù)特征點(diǎn)對待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行反旋轉(zhuǎn)后對圖像進(jìn)行矯正；基于傅里葉功率譜的旋轉(zhuǎn)周期性，再次根據(jù)特征點(diǎn)計(jì)算另一相對旋轉(zhuǎn)角后進(jìn)行相對反旋轉(zhuǎn)和相對矯正，最后根據(jù)矯正以及相對矯正得到的矯正圖像與目標(biāo)圖像進(jìn)行相似性計(jì)算，取相似性最高的矯正圖像作為配準(zhǔn)參數(shù)結(jié)果；

所述的反旋轉(zhuǎn)是指：對于兩張需要進(jìn)行配準(zhǔn)的冷凍電鏡單顆粒圖像，根據(jù)特征點(diǎn)的相對方位，計(jì)算特征點(diǎn)的相對旋轉(zhuǎn)角度α₀，并據(jù)此對一張冷凍電鏡單顆粒圖像進(jìn)行反旋轉(zhuǎn)，得到兩張僅存在平移變換的冷凍電鏡單顆粒圖像；

所述的相對反旋轉(zhuǎn)是指：對于兩張需要進(jìn)行配準(zhǔn)的冷凍電鏡單顆粒圖像，選取相對旋轉(zhuǎn)角為α₁＝(α₀+180°)％360°，并據(jù)此對一張冷凍電鏡單顆粒圖像進(jìn)行反旋轉(zhuǎn)，得到兩張僅存在平移變換的冷凍電鏡單顆粒圖像，其中：％是指取余運(yùn)算；

所述的矯正是指：通過傅里葉空間的平移配準(zhǔn)計(jì)算兩張反旋轉(zhuǎn)后的圖片的平移參數(shù)Δx₀，Δy₀，并根據(jù)α₀，Δx₀，Δy₀對圖像進(jìn)行矯正得矯正后圖像I′₁，其中：傅里葉空間的平移配準(zhǔn)為F₁(u,v)和F₂(u,v)分別是兩張圖像的傅里葉變換，u,v是頻域坐標(biāo)，|·|表示取幅值操作，*表示復(fù)數(shù)共軛，表示傅里葉反變換，δ(x+Δx，y+Δy)是位于(Δx，Δy)處的沖激函數(shù)，通過求解沖擊函數(shù)最大值位置即可找到兩張冷凍電鏡單顆粒圖像間的平移量，通過平移實(shí)現(xiàn)矯正；

所述的相對矯正是指：通過傅里葉空間的平移配準(zhǔn)計(jì)算兩張圖片的平移參數(shù)Δx₁，Δy₁，并根據(jù)α₁，Δx₁，Δy₁對圖像進(jìn)行矯正得矯正后圖像I″₁。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傅里葉功率譜的冷凍電鏡單顆粒圖像配準(zhǔn)方法，其特征是，所述的功率譜高通濾波器參數(shù)估計(jì)是指：利用配準(zhǔn)算法在隨機(jī)挑選的小樣本數(shù)據(jù)集上進(jìn)行配準(zhǔn)精度評估，選取最佳的功率譜高通濾波器參數(shù)，即功率譜域?yàn)V波半徑r作為后續(xù)完整配準(zhǔn)過程的方法參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于傅里葉功率譜的冷凍電鏡單顆粒圖像配準(zhǔn)方法，其特征是，所述的配準(zhǔn)精度評估是指：將小樣本數(shù)據(jù)集上的所有數(shù)據(jù)向指定圖像進(jìn)行配準(zhǔn)， 并計(jì)算所有配準(zhǔn)過后的圖像與指定圖像的相似度的均值作為精度指標(biāo)，該精度指標(biāo)采取相關(guān)熵其中：P，Q分別為兩幅冷凍電鏡單顆粒圖像，m,n分別為其高度與寬度，e為自然對數(shù)，P_ij,Q_ij為兩幅圖像位于(i,j)處的像素值，σ為給定參數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傅里葉功率譜的冷凍電鏡單顆粒圖像配準(zhǔn)方法，其特征是，所述的待配準(zhǔn)圖像的傅里葉功率譜P(u,v)＝|F(u,v)|²，其中：F(u,v)是圖像的傅里葉變換，u,v是頻域坐標(biāo)，|·|表示取幅值操作，P(u,v)是圖像的功率譜，對于兩張需要進(jìn)行配準(zhǔn)的冷凍電鏡單顆粒圖像I₁、I₂，分別計(jì)算其傅里葉功率譜并根據(jù)估計(jì)所得參數(shù)進(jìn)行高通濾波得到對應(yīng)功率譜P₁、P₂。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傅里葉功率譜的冷凍電鏡單顆粒圖像配準(zhǔn)方法，其特征是，所述的提取特征點(diǎn)是指：對兩個傅里葉功率譜P₁、P₂，尋找滿足條件的局部極大值，計(jì)算其鄰域的重心作為特征點(diǎn)，其中：鄰域?yàn)槲挥诰植繕O大值鄰近區(qū)域且幅度不低于局部極大值的一定比例的傅里葉功率譜點(diǎn)集，鄰域的重心其中：U(m)為局部極大值的鄰域，p_ij為位于(i,j)處的像素值，gx、gy為重心的橫縱坐標(biāo)。