[发明专利]基于数据削减的超分辨定位成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及超分辨定位成像技术领域，特别是涉及一种基于数据削减的超分辨定位成像系统及方法。

背景技术

sCMOS的产生给弱光成像领域带来了革命，凭借其低噪声，高灵敏度，大视场和高读出速度等方面的优势，已经逐渐取代EMCCD在此领域的地位。

在超分辨成像领域，实时动态的显示重建结果是大部分研究者所渴求的，特别是对于活体成像，所见即所得是最基本的要求。虽然基于EMCCD的实时超分辨定位成像已经实现，但是sCMOS的大视场和高速的优点却给实时成像带来的极大的挑战。

首要的一个难题就是存储，由于sCMOS的高速特性（例如：Andor NeosCMOS有~1Gigabyte/second的读出速度），通用存储方案不得不采用多块固态硬盘（SSD）组成磁盘阵列（RAID）的做法来解决sCMOS实时存储的难题，这种方案不但需要昂贵的开销，而且长期的实验还会导致另外一个问题，海量存储。如此高速的存储加上长时间的实验就要求有海量的存储空间（例如：1小时的实验就需要~3.5Terabyte的存储空间，一块普通硬盘存储空间1TB左右，一次实验就需要消耗4块普通硬盘），这样的开销也带来了很大的挑战。

另一方面，即使解决了存储问题，定位重建部分也会非常棘手，通用的高精度定位算法，如：极大似然拟合法，最小二乘拟合法等，即使采用并行的方案，也只能应付EMCCD的速度，对于sCMOS（读出速度约为EMCCD的60倍）也力不从心。因此，对于sCMOS，业界的超分辨定位成像还停留在离线处理阶段，其大致的处理流程为，首先，用固态硬盘阵列将采集的图像存储下来，其次，等实验结束之后，再对所存储的图像进行定位重建。

仔细研究超分辨定位成像的原始图像，会发现一帧图像上面只有一部分区域有样品信号，其他部分都是无关的背景。即使在样品区域，单分子闪烁也是比较稀疏的，有单分子事件的也只占样品区域的一小部分，所以，真正对最后定位成像有用的数据只占总数据的很少一部分，这就为解决上述问题指明了方向。

综上，传统的基于sCMOS的超分辨定位成像的技术方案开销昂贵，实施困难，更无法实现实时高通量超分辨定位成像。因此，业界急需一种可以避开以上难题的新方案，以实现实时高通量超分辨定位成像。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种削减无用数据的，实时图像存储及处理的一种基于数据削减的超分辨定位成像系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于数据削减的超分辨定位成像系统，其包括成像模块、子区域提取模块及存储模块；成像模块，通过成像光路将探测视场映射到图像传感器，并成像；子区域提取模块，对所述成像进行子区域信息提取；存储模块，存储所述子区域提取模块提取的子区域信息。

本发明提供了一种基于数据削减的超分辨定位成像方法，其包括：

步骤10、通过成像光路将成像视场映射到图像传感器，并进行成像；

步骤20、对所述成像进行子区域信息提取；

步骤30、存储步骤20提取的子区域信息。

本发明提供的基于数据削减的超分辨定位成像系统及其方法，能实现削减无用数据，实时的高通量的图像存储及超分辨定位成像。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于数据削减的超分辨定位成像系统的结构框图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例提供的一种基于数据削减的超分辨定位成像系统，其包括成像模块、子区域提取模块、定位模块、存储模块及显示模块。其中，成像模块通过成像光路1将成像视场映射到图像传感器2，并进行成像。这里通过成像光路进行显微成像，根据探测器像元的大小而调整光学系统放大倍数，这里用的是sCMOS探测器。子区域提取模块3对成像进行子区域信息提取。定位模块4对提取到的子区域进行单分子定位。存储模块5存储所述子区域提取模块提取的子区域信息和所述定位模块的定位结果。

其中，子区域提取模块3包括平滑滤波单元、去除背景单元、非极大值抑制单元及第一提取单元。平滑滤波单元采用均值滤波或高斯卷积对成像进行处理。去除背景单元减掉所述成像的每个像素背景，所述背景是通过将计算所述成像以此像素为中心的一个环状窗口的均值来求得的。当然窗口的大小要根据艾里斑的大小适当调整，例如对于一个3*3像素大小的艾里斑，对应的平滑滤波窗口最好是3*3像素，而去背景环状窗口则最好为5*5像素，环的宽度为一个像素。