一种生物组织三维图像背景去除系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种生物组织三维图像背景去除系统和方法。该系统包括图像提供模块，用于提供目标生物组织的同一断面的多通道荧光图像；归一化处理模块，用于对多通道荧光图像进行窗口分割，并对窗口中的每个像素进行归一化处理；映射窗口计算模块，用于计算多通道一对映射窗口的Dif值；采样模块，用于根据Dif值选择采样点，并获得采样像素；以及结果计算模块，用于将采样模块的采样像素作为背景估计值进行插值，获得整张图像的背景估计值；其中，归一化处理模块与图像提供模块以及映射窗口计算模块连接，采样模块与映射窗口计算模块以及结果计算模块连接。本发明专利技术的系统，结构简单，运行速度快，效率高。

A background removal system and method for three-dimensional image of biological tissue

The invention discloses a system and method for removing the three-dimensional image background of a biological tissue. The system includes image module for multi channel fluorescence images provide the same section of target tissue; normalization module for multi channel fluorescence image window segmentation, and each pixel in the window are normalized; mapping window calculation module is used to calculate the multi channel of a mapping window Dif; sampling module, according to the Dif value of sampling points, and obtain the sampling pixel; and the results of calculation module, sampling module for sampling pixel as background estimation interpolation, obtain the whole image of the background estimation value; the normalization processing module and the image module and provides the mapping window connection calculation module, sampling module and mapping the window calculation module and a calculation module connection. The system of the invention has the advantages of simple structure, fast running speed and high efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种生物组织三维图像背景去除系统和方法
本专利技术涉及一种图像处理
，更具体地涉及一种生物组织三维图像背景去除系统和方法。
技术介绍
近年来完整组织透明化技术和深度组织光学成像技术的迅猛发展使得人们获得完整生物组织和器官的高分辨率三维结构信息成为可能。这些结构信息对于理解生物组织的正常工作机制，进而理解组织病变的机理具有重要基础性的意义。然而，完整组织或器官深度成像面临的重要挑战之一是如何去除图像中的背景信号。组织由多种不同细胞和物质组成，组织中的自发荧光非常普遍，会显著增加图像的背景信号。同时，由于组织折射率的不均一引起的光散射也随着成像深度的增加而显著增加。背景信号的增加使得从高分辨率三维图像中提取定量结构信息变得非常具有挑战性。另外，完整组织高分辨率三维成像的数据量很容易达到兆兆字节以上的数据规模，迫切需要有快速和有效的背景去除算法。现有技术的背景去除方法都存在“过小窗口问题”，很多有用的真实信号会被认为是背景信号而被去除，计算结果不可靠；并且现有技术的方法计算效率低。因此，本领域急需开发新的计算结果准确且效率高的背景去除方法和系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种效果好速度快的生物组织三维图像背景去除方法和系统。在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种生物组织三维图像背景去除系统。所述系统包括：图像提供模块，用于提供目标生物组织的同一断面的多通道荧光图像；归一化处理模块，用于对所述图像提供模块提供的多通道荧光图像进行窗口分割，并对窗口中的每个像素进行归一化处理；映射窗口计算模块，用于计算经归一化处理的多通道一对映射窗口的Dif值；采样模块，用于根据所述映射窗口计算模块计算所得的Dif值选择采样点，并获得采样像素；以及结果计算模块，用于将所述采样模块的所述采样像素作为背景估计值进行插值，获得整张图像的背景估计值；其中，所述归一化处理模块与所述图像提供模块以及所述映射窗口计算模块连接，所述采样模块与所述映射窗口计算模块以及所述结果计算模块连接。优选地，所述系统还包括控制系统。优选地，所述系统还包括结果输出模块。优选地，所述系统还包括结果显示模块。优选地，所述结果显示系统为显示屏。在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种生物组织三维图像背景去除方法。所述方法包括以下步骤：(a)提供目标生物组织在同一断面的多通道荧光图像；(b)将每个通道的图像分成相同大小的小窗口，并对所述小窗口中每个像素作归一化处理；(c)计算多通道一对映射窗口的Dif值；(d)根据计算所得Dif值选择采样点，获得采样像素；(e)将所述采样像素作为背景估计值进行插值，获得整张图像的背景估计值。优选地，所述目标生物组织经染料标记处理。所述多通道荧光图像由不同波长的光生成的图像叠加获得。所述小窗口的尺寸大于所述图像中最大目标的尺寸。所述归一化处理为对所述每个像素的强度值进行归一化处理。所述强度值表示为：I(x,y)＝F(x,y)+B(x,y)其中，(x,y)为像素；I为真实观测值；F为真实信号；B为背景信号。所述归一化处理的方法为每个像素的强度值减去所在窗口中最小强度值，然后除以该窗口中最大强度值减最小强度值的差值。Dif＝I1-I2，其中I1为所述图像中某一个通道的像素真实观测值；I2为所述图像中另一个通道对应相同位置的像素真实观测值。所述采样点的选择方法为：将计算所得Dif值进行由小到大排序，Dif值最小的点为第一个采样点，Dif值第二小的点为第二个采样点，以此类推。在另一优选例中，所述采样点的选择方法还包括：选定一个采样点时，若之前已有选择的采样点在这个采样点附近，可择之前的采样点，放弃现在的采样点。在另一优选例中，所述插值为线性插值。目标生物组织在不同断面的多个多通道荧光图像叠加，可得目标生物组织的三维图像背景值。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1为实测两条通道图像计算所得条件概率与Dif值的关系；图2为归一化处理的流程图；图3为背景值计算流程图；图4a为本专利技术的一实施例中小鼠胃腺双通道图像的细胞核图像；图4b为本专利技术的一实施例中小鼠胃腺双通道图像的肌动蛋白丝图像；图5a为原始图像；图5b为RollingBall算法处理结果图像；图5c为One-classlearning处理结果图像；图5d为本专利技术的方法处理结果图像；图6为本专利技术的系统一种典型的结构示意图。具体实施方式本专利技术人经过广泛而深入的研究，首次开发了一种生物组织三维图像快速背景去除计算方法。该方法基于多通道荧光图像的内在性质，不仅可以解决现有方法去除背景时容易出现的“过小窗口”问题，还能保证算法的运行效率，实现快速背景去除，非常适合应用于深度组织三维图像的背景去除。在此基础上完成了本专利技术。多通道图像是指由不同波长光所生成的图像通过简单叠加而获得的图像。通常，在荧光成像中，会用一种波长的染料标记一种分子或者细胞。因此，多通道图像中不同通道的图像信号代表着不同的物质，在三维空间上的位置应该互不重叠。本专利技术人提出基于多通道荧光图像的这一重要内在性质来迅速区分出每个通道中的背景信号与非背景信号的像素。具体地，在一个通道中被认为是信号的像素，在另外一个通道中则必然为背景像素。但是，由于分辨率、噪音等各种因素的限制，实际得到的多通道图像中，无法保证不同通道的图像信号在多通道图像中不重叠。虽然在实际的荧光图像中无法保证多通道信号像素互相不重叠，但基于统计学的简单分析可以假设：如果用同一组织同一层图像的某一个通道的每个像素减去另一个通道对应相同位置的像素，那么像素强度差的数值越大，则该像素是背景像素的概率则越大。形式化的描述以上的假设为：如果有一个两通道的图像I1,I2，I(x,y)＝F(x,y)+B(x,y),Dif(x,y)＝I1(x,y)-I2(x,y)，那么概率P(F1(x,y)＝0,F2(x,y)>0)|Dif(x,y)＝a)>P(F1(x,y)＝0,F2(x,y)>0|Dif(x,y)＝b)如果a<b。其中I(x,y)＝F(x,y)+B(x,y)是用来描述图像在像素(x,y)的信号强度。I为实际观测值，F为真实信号，B为背景信号。实际观测值等于真实信号加上背景信号。以一组实测的真实数据(见实施例中具体的数据信息)，计算当给定Dif(x,y)的值时，像素(x,y)是背景的条件概率(Conditionalprobability)。计算结果如图1所示，在两个通道图像求差值时，会有四种情况方式，信号减信号，信号减背景，背景减信号，背景见背景。可以看出当信号减背景的情况发生时，差值Dif(x,y)越小，像素(x,y)是背景的概率就越大，与本专利技术人的假设相符，证明本专利技术人的假设是成立的。基于这个假设，就可以选出较大概率的像素，作为背景像素。这些像素的强度值就是纯粹的背景信号的大小。通常，在同一张图像中，背景信号的变化幅度不大。所以，可以根据这些确定的具有较大概率的背景像素的强度值，通过线性插值估算整张图像的背景信号值。本专利技术中仅考虑概率在80％以上的像素。对于每个通道的图像分成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物组织三维图像背景去除系统，其特征在于，所述系统包括图像提供模块，用于提供目标生物组织的同一断面的多通道荧光图像；归一化处理模块，用于对所述图像提供模块提供的多通道荧光图像进行窗口分割，并对窗口中的每个像素进行归一化处理；映射窗口计算模块，用于计算经归一化处理的多通道一对映射窗口的Dif值；采样模块，用于根据所述映射窗口计算模块计算所得的Dif值选择采样点，并获得采样像素；以及结果计算模块，用于将所述采样模块的所述采样像素作为背景估计值进行插值，获得整张图像的背景估计值；其中，所述归一化处理模块与所述图像提供模块以及所述映射窗口计算模块连接，所述采样模块与所述映射窗口计算模块以及所述结果计算模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种生物组织三维图像背景去除系统，其特征在于，所述系统包括图像提供模块，用于提供目标生物组织的同一断面的多通道荧光图像；归一化处理模块，用于对所述图像提供模块提供的多通道荧光图像进行窗口分割，并对窗口中的每个像素进行归一化处理；映射窗口计算模块，用于计算经归一化处理的多通道一对映射窗口的Dif值；采样模块，用于根据所述映射窗口计算模块计算所得的Dif值选择采样点，并获得采样像素；以及结果计算模块，用于将所述采样模块的所述采样像素作为背景估计值进行插值，获得整张图像的背景估计值；其中，所述归一化处理模块与所述图像提供模块以及所述映射窗口计算模块连接，所述采样模块与所述映射窗口计算模块以及所述结果计算模块连接。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括控制系统；优选地，所述系统还包括结果输出模块；优选地，所述系统还包括结果显示模块；优选地，所述结果显示系统为显示屏。3.一种生物组织三维图像背景去除计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(a)提供目标生物组织在同一断面的多通道荧光图像；(b)将每个通道的图像分成相同大小的小窗口，并对所述小窗口中每个像素作归一化处理；(c)计算多通道一对映射窗口的Dif值；(d)根据计算所得Dif值选择采样点，获得采样像素；(e)将所述采样像素作为背景估计值进行插值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓小铁，陈子仪，李小卫，邵志峰，李晨晨，杨麟，曹鸿吉，
申请(专利权)人：上海交通大学，圣母大学，
类型：发明
国别省市：上海,31