[发明专利]一种低信噪比图像重构方法和系统

说明书

本发明公开了一种低信噪比图像重构方法和系统，其中方法的实现包括：对原始图像按照相位和方向进行平均得到平均图像；对平均图像按照相位差分离得到分离图像，对分离图像进行归一化处理得到归一化分离图像；计算归一化分离图像互相关函数，估计的照明光向量；对不同的归一化分离图像，按照估计的照明光向量平移，估计出照明光向量的调制强度和初始相位；分解原始图像得到分解图像，根据估计的照明光向量，对分解图像进行频率移动得到频率移动图像；对频率移动图像进行维纳滤波，得到超分辨图像；建立目标函数，对目标函数进行迭代更新，当误差小于等于预设值时得到去噪图像。本发明将现有时间分辨率提高，并降低图像中的人造伪影。

技术领域

本发明属于数字图像处理领域，更具体地，涉及一种低信噪比图像重构方法和系统。

背景技术

为观测靠近玻片的细胞膜结构，通常采用全内反射荧光显微镜(TIRF)。TIRF显微镜通过限制激发荧光的穿透深度，消除焦平面以外的背景荧光，达到提高信号噪声比的目的。但全内反射荧光显微镜受制于成像系统的频率低通特性，相机采集到的荧光图像分辨率较低。将结构光照明超分辨显微成像技术引入到大数值孔径的TIRF显微镜中，可以极大提高TIRF显微镜的分辨率。但是随着曝光时间进一步缩短，采集速度提高的情况下，采集到的图像噪声较强，信噪比较低。此时已不能准确的估计参数和重构清晰的超分辨图像。本发明专利在低信噪比条件下，改进了图像重构过程中参数估计的准确性和鲁棒性，同时提出了新的重构方法，能将现有的时间分辨率提高三倍，并极大的降低了重构图像中人造伪影。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种低信噪比图像重构方法和系统，其目的在于将现有时间分辨率提高，并降低图像中的人造伪影，由此解决在曝光时间降低，采集图像信噪比较低时，全内反射荧光显微镜图像重构过程中，参数估计不准确的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种低信噪比图像重构方法，包括：

(1)采集原始图像并储存，对原始图像按照相位和方向进行平均，得到平均图像；

(2)对平均图像按照相位差分离得到分离图像，对分离图像进行归一化处理，得到归一化分离图像；

(3)计算归一化分离图像互相关函数，互相关函数最大时对应的照明光向量作为估计的照明光向量；

(4)对不同的归一化分离图像，按照估计的照明光向量平移，并对不同分离图像的重叠区域计算线性回归，估计出照明光向量的调制强度和初始相位；

(5)根据估计出的初始相位分解原始图像得到分解图像，根据估计的照明光向量，对分解图像进行频率移动得到频率移动图像；

(6)对频率移动图像进行维纳滤波，得到超分辨图像；

(7)基于超分辨图像建立用于去噪的目标函数，对目标函数进行迭代更新，当误差大于预设值时，继续迭代至误差小于等于预设值，当误差小于等于预设值时，迭代结束，得到去噪图像。

进一步的，目标函数为：其中，f是去噪图像的像素点的灰度值，g是超分辨图像的像素点的灰度值，R_Hessian(f)是去噪图像的海森惩罚项，λ是惩罚项参数。

进一步的，R_Hessian(f)是关于去噪图像在横坐标方向x，纵坐标方向y，时间序列方向t上的海森矩阵的F范数：