一种结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强方法及系统，该方法包括：步骤1，通过对SIM原始图像进行频谱分离，获得不同的频谱分量；步骤2，对所述频谱分量进行频域滤波，去除分布在频谱低频区域的离焦信息，以去除条纹伪影，得到频谱分量其中，d表示结构照明光的方向，d＝1，2，3，m表示所述频谱分量是否要移动，m＝0表示所述频谱分量不移动，m＝

【技术实现步骤摘要】
一种结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强方法及系统


[0001]本专利技术涉及图像质量增强
，特别是关于一种结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强方法及系统。

技术介绍

[0002]结构照明光照明超分辨显微镜(Structured Illumination Microscopy，SIM)成像技术是生命科学领域重要的一种成像技术。荧光显微成像过程中，照明光会激发整个样本，但是采集荧光信号时只聚焦在某一深度。如果焦面外有较强的荧光基团被激发，则会在图像呈现出成团的离焦信息，降低了图像信背比。与此同时，较强的离焦信息与样本信号，一起经过频谱分离、频谱移位、频谱组合后，容易在重建图像频域高频位置出现6个亮点，在空域图像上表现为周期性条纹伪影或蜂窝伪影。由此可知，离焦信息不仅会降低SIM超分辨图像的信背比，而且可能带来伪影，降低图像质量。
[0003]目前已有的去除离焦信息的研究主要有：(一)在图像重建过程中使用高通滤波器抑制离焦信息；(二)使用半边滤波器去除离焦信息。
[0004]离焦信息大多分布在图像低频区域，经过频谱分离、频谱移位、频谱组合，最终体现为图像频谱的高频位置亮点。蔡司的SIM2(Dual Iterative SIM)在重建过程中使用高通滤波器来抑制离焦信息。
[0005]使用高通滤波器对图像进行滤波，高通滤波器中心区域值为0，因此会造成零频区域的频谱信息全为0，进而导致图像频谱信息有所损失。此外，高通滤波器半径参数设置不当也可能产生部分信号丢失的问题。
[0006]DONGLI XU等提出在非线性SIM(Nonlinear SIM，NSIM)采用半边滤波器的方法来抑制离焦背景。该方法假设离焦信息的频谱位于图像低频区域，且经图像频谱移动后仅位于图像频谱分量的一半区域。为此，通过半边滤波可去除包含离焦信息的那部分频谱分量，随后根据频谱信息具备共轭对称的特点，对滤波后的频谱分量进行对称填充，从而得到不包含离焦信息的图像频谱信息。
[0007]NSIM使用半边滤波器去除离焦信息蕴含如下假设：
[0008](1)因为由离焦或散射引起的扩散函数，在频谱分量的离焦信息移位后，离焦信息只存在于频谱的一边；
[0009](2)每个频谱分量左半边信号频谱和右半边信号频谱是共轭对称的。
[0010]然而，在实际SIM成像过程中位于频谱分量中低频区域的离焦信息，经频谱分离和移动后，并非仅包含于频谱分量的一边，因此使用半边滤波器无法完全去除离焦信息。此外，经过频谱移动后的离焦信息将位于频谱高频区域，体现为频域中的高频亮点，在空域中则体现为图像存在周期性伪影。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提供一种结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强方法及系
统，其不仅能有效地去除伪影效果，而且可以抑制离焦背景。
[0012]为实现上述目的，本专利技术提供一种结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强方法，其包括：
[0013]步骤1，通过对SIM原始图像进行频谱分离，获得不同的频谱分量；
[0014]步骤2，对所述频谱分量进行频域滤波，去除分布在频谱低频区域的离焦信息，以去除条纹伪影，得到频谱分量其中，d表示结构照明光的方向，d＝1，2，3，m表示所述频谱分量是否要移动，m＝0表示所述频谱分量不移动，m＝
±
1表示频谱分量分布按照
±
p
d
进行移动，p
d
表示结构照明光波矢量，k＝(k
x
，k
y
)，k
x
和k
y
分别表示图像频域空间坐标；
[0015]步骤3，将所述按照mp
d
进行移动，得到移动后的频谱分量进行移动，得到移动后的频谱分量
[0016]步骤4，对所述进行频谱组合；同时，对光学传播函数进行调制，以抑制离焦背景，最终输出SIM超分辨图像。
[0017]进一步地，所述步骤2采用由式(1)或式(2)或式(3)描述的第一滤波器NF对所述频谱分量进行滤波：
[0018][0019][0020][0021]式中，a、b、c均为所述滤波器的调节参数，n表示滤波器阶数。
[0022]进一步地，所述步骤4通过式(4)实现：
[0023][0024]式中，S表示所述步骤4输出的SIM超分辨图像，Filter
denominator
表示第二滤波器，Filter
numertor
表示第三滤波器，O
m
(k+mp
d
)表示光学传播函数O(k)按照mp
d
移动后的结果，A(k)表示切趾函数，w表示重建调节参数，ifft{
·
}表示快速傅里叶逆变换。
[0025]进一步地，所述步骤4中，Filter
denominator
被设置成式(5)，Filter
numertor
被设置成式(6)：
[0026][0027][0028]式中，a、b和c均表示滤波器调节参数，表示向量二范数的平方。
[0029]进一步地，所述步骤4中，Filter
denominator
被设置成式(7)，Filter
numertor
被设置成式(8)：
[0030][0031][0032]式中，b表示滤波器调节参数，||
·
||2表示向量的二范数。
[0033]进一步地，所述步骤4中，Filter
denominator
被设置成式(9)，Filter
numertor
被设置成式(10)：
[0034][0035][0036]式中，b表示滤波器调节参数，||
·
||2表示向量的二范数，||
·
||2表示向量的二范数。
[0037]本专利技术还提供一种结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强系统，其包括：
[0038]频谱分离单元，其用于通过对SIM原始图像进行频谱分离，获得不同的频谱分量；
[0039]第一滤波器，其用于对所述频谱分量进行频域滤波，去除分布在频谱低频区域的离焦信息，以去除条纹伪影，得到频谱分量其中，d表示结构照明光的方向，d＝1，2，3，m表示所述频谱分量是否要移动，m＝0表示所述频谱分量不移动，m＝
±
1表示频谱分量分布按照
±
p
d
进行移动，p
d
表示结构照明光波矢量，k＝(k
x
，k
y
)，k
x
和k
y
分别表示图像频域空间坐标；
[0040]频谱移动单元，其用于将所述按照mp
d
进行移动，得到移动后的频谱分量
[0041]重建图像单元，其用于对所述进行频谱组合；同时，对光学传播函数进行调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强方法，其特征在于，包括：步骤1，通过对SIM原始图像进行频谱分离，获得不同的频谱分量；步骤2，对所述频谱分量进行频域滤波，去除分布在频谱低频区域的离焦信息，以去除条纹伪影，得到频谱分量其中，d表示结构照明光的方向，d＝1，2，3，m表示所述频谱分量是否要移动，m＝0表示所述频谱分量不移动，m＝
±
1表示频谱分量分布按照
±
p
d
进行移动，p
d
表示结构照明光波矢量，k＝(k
x
，k
y
)，k
x
和k
y
分别表示图像频域空间坐标；步骤3，将所述按照mp
d
进行移动，得到移动后的频谱分量进行移动，得到移动后的频谱分量步骤4，对所述进行频谱组合；同时，对光学传播函数进行调制，以抑制离焦背景，最终输出SIM超分辨图像。2.如权利要求1所述的结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强方法，其特征在于，所述步骤2采用由式(1)或式(2)或式(3)描述的第一滤波器NF对所述频谱分量进行滤波：步骤2采用由式(1)或式(2)或式(3)描述的第一滤波器NF对所述频谱分量进行滤波：步骤2采用由式(1)或式(2)或式(3)描述的第一滤波器NF对所述频谱分量进行滤波：式中，a、b、c均为所述滤波器的调节参数，n表示滤波器阶数。3.如权利要求1或2所述的结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强方法，其特征在于，所述步骤4通过式(4)实现：式中，S表示所述步骤4输出的SIM超分辨图像，Filter
denominator
表示第二滤波器，Filter
numertor
表示第三滤波器，O
m
(k+mp
d
)表示光学传播函数O(k)按照mp
d
移动后的结果，A(k)表示切趾函数，w表示重建调节参数，ifft{
·
}表示快速傅里叶逆变换。4.如权利要求3所述的结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强方法，其特征在于，所述步骤4中，Filter
denominator
被设置成式(5)，Filter
numertor
被设置成式(6)：被设置成式(6)：式中，a、b和c均表示滤波器调节参数，表示向量二范数的平方。
5.如权利要求3所述的结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强方法，其特征在于，所述步骤4中，Filter
denominator
被设置成式(7)，Filter
numertor
被设置成式(8)：被设置成式(8)：式中，b表示滤波器调节参数，||
·
||2表示向量的二范数。6.如权利要求3所述的结构照明光超分辨显微镜图像的质量增强方法，其特征在于，所述步骤4中，Filter
denominator
被设置成式(9)，Filter
numertor
被设置成式(10)：被设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：温佳圆，李海文，
申请(专利权)人：广州超视计生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：