[发明专利]基于图像强度各阶导数的荧光显微图像3D重建方法及装置有效

专利信息
申请号: 201410455724.5 申请日: 2014-09-09
公开(公告)号: CN104268929B 公开(公告)日: 2017-04-05
发明(设计)人: 王瑜;姜欢 申请(专利权)人: 北京工商大学
主分类号: G06T17/00 分类号: G06T17/00
代理公司: 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201 代理人: 张大威
地址: 100048 北京市*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 基于 图像 强度 导数 荧光 显微 重建 方法 装置
【说明书】:

技术领域

发明涉及图像处理和计算机视觉技术领域,具体涉及一种基于图像强度各阶导数的荧光显微图像3D重建方法及其装置。

背景技术

近年来,荧光显微图像3D复原或重建一直是图像处理与计算机视觉领域里一项具有挑战性的工作,并已证明在生物、医学和生命科学研究中具有重要价值。

使用宽场显微镜和反卷积技术进行荧光显微图像栈的计算重建是日前非常流行的一种3D重建技术之一。其优点为宽场显微镜成本低廉,灵活性好,可以在获取图像后随时进行计算机处理,以及与共焦显微镜相比速度更快等优势,但该技术的缺点在于:即便对一个厚度仅为几微米的薄样本进行重建,也要预先做几百片光学切片,并进行成像和计算,这将是一件非常复杂,繁琐以及耗时的工作。而对于较厚的生物样本,由于低信噪比,光裂解,光漂白等现象在长时间成像过程中经常会出现,导致获取完整的光学图像栈几乎是件无法完成的事情。此外,这种技术的图像分辨率尤其是轴向分辨率会受到光学衍射的限制。

共焦显微镜由于层析性质可以呈现深度1微米左右的立体图像,尤其是近来双光子和多光子技术的发展以后,共焦显微镜方法应用更加广泛。但是共焦显微镜方法的信噪比和效率由于针孔装置的使用及其低下。

因此,设计并实现一种低成本、高效率、高质量的荧光显微图像3D重建方法非常重要,也非常迫切。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一,特别是解决了现有的荧光显微图像3D重建方法在光切图像数目偏少时重建结果不准确的缺点。

为达到上述目的,本发明一方面提供一种基于图像强度高阶导数的荧光显微图像3D重建方法,可以包括以下步骤:A.输入荧光显微图像栈,所述荧光显微图像栈包括多幅轴向光切图像;B.确定高阶导数的阶数N,N为正整数;C.将所述荧光显微图像堆栈划分为多个轴向光切图像组,每个所述轴向光切图像组中包括数目大于N幅连续的所述轴向光切图像;D.对所述轴向光切图像组,以组内第一幅轴向光切图像为基准图像,计算所述基准图像处的各阶导数;E.利用所述基准图像和步骤D获得的各阶导数,求取新增轴向位置对应的新增光切图像;以及F.根据原始的所述荧光显微图像栈和步骤E获得的所述新增光切图像,重建荧光显微图像3D结构。

为达到上述目的,本发明另一方面提供一种基于图像强度高阶导数的荧光显微图像3D重建装置,包括以下部分:图像输入模块,用于输入荧光显微图像栈,所述荧光显微图像栈包括多幅轴向光切图像;阶数确定模块,用于确定高阶导数的阶数N,N为正整数;分组模块,所述分组模块与所述图像输入模块和所述阶数确定模块相连,用于将所述荧光显微图像堆栈划分为多个轴向光切图像组,每个所述轴向光切图像组中包括数目大于N幅连续的所述轴向光切图像;导数计算模块,所述导数计算模块与所述分组模块相连,用于对所述轴向光切图像组,以组内第一幅轴向光切图像为基准图像,计算所述基准图像处的各阶导数;新图生成模块,所述新图生成模块与所述导数计算模块相连,用于利用所述基准图像和所述导数计算模块获得的各阶导数,求取新增轴向位置对应的新增光切图像;以及重建模块,所述重建模块与所述图像输入模块和所述新图生成模块相连,用于根据原始的所述荧光显微图像栈和所述新图生成模块获得的所述新增光切图像,重建荧光显微图像3D结构。

本发明实施例的荧光显微图像3D重建方法和装置,可以克服原有荧光显微图像栈获取时间过长易发生光裂解和光漂白现象等困难,以及数量缺乏等缺点,此外,该方法利用计算机后期处理完成,可以避免光学仪器成像过程时间过长产生的其他不利突发事件的影响,最后,该方法不仅可以应用于成本低廉的宽场显微镜,同时也可以应用于任意其他光学成像系统,例如共焦显微镜,能够更加快速地获得更加准确的荧光显微图像3D结构。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:

图1为荧光显微图像栈以及轴向光切图像的示意图。

图2为本发明实施例的基于图像强度各阶导数的荧光显微图像3D重建方法的流程图。

图3为将荧光显微图像堆栈划分为多个轴向光切图像组的示意图,其中(a)为不交叠划分情况,(b)为交叠划分情况。

图4为本发明实施例的基于图像强度各阶导数的荧光显微图像3D重建装置的结构框图。

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