基于区间估计的显微成像系统三维点扩散函数的选取方法技术方案

基于区间估计的显微成像系统三维点扩散函数的选取方法，包括如下步骤：采用不同径向大小和层数的三维点扩散函数对图像进行复原仿真实验，获得复原后图像的改善信噪比，以此统计计算出改善信噪比的均值和标准差，选取确定区间的端点和参数，按照快速浏览、正常查看以及精细计算的不同要求确定对应的区间，并将改善信噪比的值代入区间计算式，得到不同复原要求下的可选三维点扩散函数，最后对可选结果在改善信噪比、空间大小、能量三个方面做排序，根据排序确定最后的结果，实现显微成像系统三维点扩散函数的选取。

【技术实现步骤摘要】
一、
本专利技术涉及一种基于区间估计的显微成像系统三维点扩散函数的选取方法，该方法是数字共焦显微技术中三维生物显微图像复原处理的一个重要环节，属于数字图像复原处理
该方法的应用，可按照快速浏览、正常查看和精细计算的不同需要，综合权衡考虑，对三维点扩散函数进行选取。
技术介绍
数字共焦显微技术以普通生物光学显微镜为基础，配置图像探测器、精密移动控制机构和电脑，采用数字图像处理技术，对采集的生物样本显微图像进行复原处理，消除焦面以外的散焦的影响，以提高细胞图像的分辨率。数字共焦显微技术中的复原处理，采用的是三维显微图像去卷积复原方法。表征显微镜光学系统的三维点扩散函数，直接决定着去卷积复原处理的效果。三维点扩散函数越准确地反映显微镜光学系统的能量分布，复原效果越好。在此基础上，三维点扩散函数的空间大小选取越大，包含能量越大，复原效果越好，同时处理时间越长。三维点扩散函数为对顶双漏斗结构，绝大部分能量集中在中部的双漏斗对顶处的微小区域。因此，在进行图像复原处理时，合理的选取是以该处为原点选取微小区域的一定空间大小的三维点扩散函数进行图像复原处理，但是随着空间大小的逐渐增大，复原效果提升逐步趋缓，而处理时间却迅速增加。因此，如何根据不同的复原要求，综合和权衡考虑复原效果和处理时间，选取适当的三维点扩散函数进行复原处理，是数字共焦技术中三维显微图像去卷积复原处理需要解决的重要问题。三、
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于区间估计的显微成像系统三维点扩散函数的选取方法，该方法能够根据不同的复原要求，建立相应的区间估计公式，选取适当的三维点扩散函数，对采集的序列显微切片图像进行复原处理。本专利技术通过以下技术方案达到上述目的：基于区间估计的显微成像系统三维点扩散函数的选取方法，包括：1)根据显微成像系统的参数，保持光学切片层距不变，确定放大倍数，制作表征显微镜光学系统的大空间三维点扩散函数h，对h以其中心进截取，得到用于复原的一系列三维点扩散函数hM_r_z，其中M表示放大倍数，r表示径向大小，z表示层数；2)计算h和hM_r_z的能量值，并以h的能量值为基准进行归一化，同时计算出hM_r_z空间大小；3)用一幅清晰细胞图像作为初始二维样本，制作相互关联的序列二维图像，并用这些序列二维图像构建一个清晰仿真样本三维图像f，用h与f卷积得到模糊仿真三维成像图像g；4)用步骤(1)中一系列不同径向大小、不同层数即相应不同能量大小、不同空间的三维点扩散函数分别对三维图像g进行去卷积复原处理，复原算法采用最大似然法，同时记录复原后的改善信噪比ISNR；还包括如下步骤：5)统计计算归一化后的改善信噪比ISNR的均值μ与标准差σ，并按区间计算式(1)确定不同复原要求下对应的区间，式中，H表示改善信噪比ISNR；ai、bi和ci分别表示三个区间的区间端点值；ε为系数；6)将改善信噪比ISNR代入区间计算式(1)，得到不同复原要求下的可选三维点扩散函数，再利用排序的方法确定显微成像系统三维点扩散函数的选取。所述的统计计算归一化后的改善信噪比ISNR的均值μ与标准差σ是在某个放大倍数下的一系列三维点扩散函数分别对三维图像g进行去卷积复原处理得到各个不同的改善信噪比ISNR，对其以最大值进行归一化，利用统计学方法得出均值与标准差。所述的不同复原要求包括“快速浏览”、“正常查看”和“精细分析”，“快速浏览”指图像分辨率已经满足一般浏览的要求，轮廓大致清晰；“正常查看”指图像细节比较丰富，分辨率较高，轮廓清晰，“精细分析”指图像细节更为丰富，分辨率更高，轮廓清晰可见大量细微部分。所述的确定不同复原要求下对应的区间，即确定式(1)中的三个区间的端点值ai、bi、ci以及系数ε，是通过实验选取确定的经验值，并在不同放大倍数、不同复原要求下都进行了确定。所述的得到不同复原要求下的可选三维点扩散函数，是指复原要求不同时，对应的改善信噪比ISNR在一定的区间内波动，即只要改善信噪比ISNR满足某个复原要求的区间时，该改善信噪比ISNR对应的三维点扩散函数就是一个可选三维点扩散函数。所述的利用排序的方法确定显微成像系统三维点扩散函数的选取，是在确定放大倍数下和复原要求下，从可选结果中选择复原效果相对较好、空间较小、能量较高的三维点扩散函数。所述的利用排序的方法确定显微成像系统三维点扩散函数的选取方法为：先选出空间大小最小的三个可选三维点扩散函数，然后将三个可选三维点扩散函数在空间大小、改善信噪比、能量三方面按照大小排序，最后，对排序情况，空间大小选择较小的两个可选结果，改善信噪比、能量选择较大的两个可选结果，所有要求都满足或者满足最多的三维点扩散函数即是最终结果。本专利技术的突出效果在于：在不同复原要求下三维点扩散函数的选取，直接决定着数字共焦显微技术中三维显微图像去卷积复原效果和处理时间。如何选取，一直是数字共焦显微技术待解决的问题。本专利技术基于三维点扩散函数的相关理论，发现了体现复原效果的改善信噪比ISNR近似服从正态分布，从而提出了通过区间估计的方法选取确定三维点扩散函数，根据不同的放大倍数、不同的复原要求建立相应的区间估计公式，并利用排序方法，选取适当的三维点扩散函数。该方法的提出，为数字共焦显微技术的三维显微图像去卷积复原处理提供了一种有效的三维点扩散函数选取方法。四、附图说明图1是改善信噪比ISNR频率分布图。图2是二维原始清晰图像作为初始样本。图3是g40取中心层的二维图像。图4是采用h7_7复原处理后的结果图。图5是采用h9_9复原处理后的结果图。图6是采用h13_13复原处理后的结果图。五、具体实施方式以下通过实例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。实施例1本专利技术所述的基于区间估计的显微成像系统三维点扩散函数的选取方法，包括如下步骤：1.三维点扩散函数制作设置参数：显微镜机械镜筒长度为160mm；光源波长为550nm；CCD参数：1/3英寸，像素值640×480。显微镜光学系统放大倍数M和数字孔径NA取以下设置：放大倍数M＝40倍；数值孔径NA＝0.6；三维点扩散函数层距L取0.1μm，制作空间大小为21×21×21的3D-PSF，其径向大小为21×21，轴向大小为21，以h40_21_21表示。以h40_21_21的空间中心点(11,11,11)为中心，分别向四周依次截取空间大小为3×3×3、3×3×5、3×3×7、…、3×3×21、5×5×5、5×5×7、…、21×21×21，共100个三维点扩散函数，命名为h3_3、h3_5、h3_7…、h21_21。2.三维点扩散函数能量计算分别计算步骤1得到的100个三维点扩散函数的能量值E。各三维点扩散函数的能量值均以h40_21_21能量值为基准进行归一化处理，并计算相应的空间大小。3.三维样本仿真图像f制作以图2中二维原始清晰图像作为初始样本，大小为151×151，通过微量旋转叠加制作含21幅二维图像的三维仿真样本图像f，大小为151×151×21。4.模糊仿真三维成像图像g40生成用h40_21_21与图像f进行卷积运算，生成得到三维模糊图像g40，图3所示为g40取中心层的二维图像。5.三维仿真图像复原分别用步骤1得到的100个三维点扩散函数对模糊仿真图像g40进行去卷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于区间估计的显微成像系统三维点扩散函数的选取方法，包括：1)根据显微成像系统的参数，保持光学切片层距不变，确定放大倍数，制作表征显微镜光学系统的大空间三维点扩散函数h，对h以其中心进截取，得到用于复原的一系列三维点扩散函数hM_r_z，其中M表示放大倍数，r表示径向大小，z表示层数；2)计算h和hM_r_z的能量值，并以h的能量值为基准进行归一化，同时计算出hM_r_z空间大小；3)用一幅清晰细胞图像作为初始二维样本，制作相互关联的序列二维图像，并用这些序列二维图像构建一个清晰仿真样本三维图像f，用h与f卷积得到模糊仿真三维成像图像g；4)用步骤(1)中一系列不同径向大小、不同层数即相应不同能量大小、不同空间的三维点扩散函数分别对三维图像g进行去卷积复原处理，复原算法采用最大似然法，同时记录复原后的改善信噪比ISNR；其特征在于，还包括以下步骤：a.统计计算归一化后的改善信噪比ISNR的均值μ与标准差σ，并按区间计算式(1)确定不同复原要求下对应的区间，式中，H表示改善信噪比ISNR；ai、bi和ci分别表示三个区间的区间端点值；ε为系数；b.将改善信噪比ISNR代入区间计算式(1)，得到不同复原要求下的可选三维点扩散函数，再利用排序的方法确定显微成像系统三维点扩散函数的选取。...

【技术特征摘要】
1.一种基于区间估计的显微成像系统三维点扩散函数的选取方法，包括：1)根据显微成像系统的参数，保持光学切片层距不变，确定放大倍数，制作表征显微镜光学系统的大空间三维点扩散函数h，对h以其中心进截取，得到用于复原的一系列三维点扩散函数hM_r_z，其中M表示放大倍数，r表示径向大小，z表示层数；2)计算h和hM_r_z的能量值，并以h的能量值为基准进行归一化，同时计算出hM_r_z空间大小；3)用一幅清晰细胞图像作为初始二维样本，制作相互关联的序列二维图像，并用这些序列二维图像构建一个清晰仿真样本三维图像f，用h与f卷积得到模糊仿真三维成像图像g；4)用步骤(1)中一系列不同径向大小、不同层数即相应不同能量大小、不同空间的三维点扩散函数分别对三维图像g进行去卷积复原处理，复原算法采用最大似然法，同时记录复原后的改善信噪比ISNR；其特征在于，还包括以下步骤：a.统计计算归一化后的改善信噪比ISNR的均值μ与标准差σ，并按区间计算式(1)确定不同复原要求下对应的区间，式中，H表示改善信噪比ISNR；ai、bi和ci分别表示三个区间的区间端点值；ε为系数；b.将改善信噪比ISNR代入区间计算式(1)，得到不同复原要求下的可选三维点扩散函数，再利用排序的方法确定显微成像系统三维点扩散函数的选取。2.根据权利要求1所述的基于区间估计的显微成像系统三维点扩散函数的选取方法，其特征在于，所述的统计计算归一化后的改善信噪比ISNR的均值μ与标准差σ是在某个放大倍数下的一系列三维点扩散函数分别对三维图像g进行去卷积复原处理得到各个不同的改善信噪比ISNR，对其以最大值进行归一化，利用统计学方法得出均值与标准差。3.根据权利要求1所述的基于区间估计的显微成像系统三维点扩散函数的选取方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华，莫春球，聂雄，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45