一种图像重构方法、装置、电子设备和存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种图像重构方法、装置、电子设备和存储介质，可获取显微镜系统采集的目标样本的单帧的宽场图像I0以及设置与宽场图像I0的尺寸相同的数字模板Pi，其中i＝1…N；根据公式Ii＝I0*Pi，计算数字模板Pi对应的光强分布Ii；根据公式Ti＝∫Ii，计算光强分布Ii的积分Ti；获取显微镜系统的点扩散函数H；基于公式

An Image Reconstruction Method, Device, Electronic Equipment and Storage Media

The invention discloses an image reconstruction method, device, electronic equipment and storage medium, which can obtain a single frame wide-field image I0 of the target sample collected by a microscope system and set a digital template Pi with the same size as the wide-field image I0, where i=1. N; Calculate the light intensity distribution Ii corresponding to the digital template Pi according to formula Ii=I0*Pi; Calculate the integral Ti of light intensity distribution Ii according to formula Ti=Ii; Obtain the point spread function H of the microscope system; Based on formula

【技术实现步骤摘要】
一种图像重构方法、装置、电子设备和存储介质
本专利技术涉及图像处理领域，尤其涉及一种图像重构方法、装置、电子设备和存储介质。
技术介绍
近20年来，随着衍射极限的突破，技术以及荧光探针的发展，超分辨显微技术已经成为观察研究生物细胞活动的重要方法。它从原理上大致可分为三种：第一种是利用荧光物质开关效应的单分子定位成像方法，例如光激活定位显微术(PhotoactivatedLocalizationMicroscopy，PALM)和随机光学重构显微术(StochasticOpticalReconstructionMicroscopy，STORM)。样品被荧光探针标记后，用一束激活光激活荧光分子，另一波长激发光激发荧光分子并成像。但这两种技术都需要采集很多幅原始图像，时间分辨率低；第二种是基于荧光非线性效应，对点扩散函数进行减小的显微术。典型技术代表为受激发射损耗显微术(StimulatedEmissionDepletion,STED)。一束激光激发荧光分子，一束环形损耗光来将激发光斑焦点外围的荧光擦除，从而限制发生受激辐射的地方，减小点扩散函数，提高分辨率。STED采用点扫描，不利于大面积的成像，时间分辨率低。而且需要用功率较高的损耗光才能实现高的空间分辨率，但这样会造成光漂白和细胞损伤；第三种是结构光照明显微术(StructuredIlluminationMicroscopy,SIM)。用周期性的结构光照射被荧光标记的样品，被测样品的空间频率和照明图案的空间频率不同的地方会产生莫尔条纹，根据已知的照明图案的频率可解出被测样品的空间频率。这种显微术属于宽场成像，但也需要采集多帧图像，时间分辨率低。总体上讲，这几种典型的超分辨显微技术都存在一个共同的缺点：成像速度慢，时间分辨率都比较低，不利于实现对细胞信息的动态观察。
技术实现思路
本专利技术实施例的主要目的在于提供一种图像重构方法、装置、电子设备和存储介质，提升超分辨显微技术的成像速度和时间分辨率。为实现上述目的，本专利技术实施例第一方面提供一种图像重构方法，该图像重构方法包括：获取显微镜系统采集的目标样本的单帧的宽场图像I0；设置与所述宽场图像I0的尺寸相同的数字模板Pi，其中i＝1…N；根据公式Ii＝I0*Pi，计算所述数字模板Pi对应的光强分布Ii，所述*表示点乘；根据公式Ti＝∫Ii，计算所述光强分布Ii的积分Ti；获取所述显微镜系统的点扩散函数H；基于所述积分Ti、所述点扩散函数H、所述数字模板Pi、以及公式得到超分辨图像S，其中，所述表示卷积。为实现上述目的，本专利技术实施例第二方面提供一种图像重构装置，该装置包括：第一获取模块，用于获取显微镜系统采集的目标样本的单帧的宽场图像I0；设置模块，用于设置与所述宽场图像I0的尺寸相同的数字模板Pi，其中i＝1…N；第一计算模块，用于根据公式Ii＝I0*Pi，计算所述数字模板Pi对应的光强分布Ii，所述*表示点乘；第二计算模块，用于根据公式Ti＝∫Ii，计算所述光强分布Ii的积分Ti；第二获取模块，用于获取所述显微镜系统的点扩散函数H；处理模块，用于基于所述积分Ti、所述点扩散函数H、所述数字模板Pi、以及公式得到超分辨图像S，其中，所述表示卷积。为实现上述目的，本专利技术实施例第三方面提供一种电子设备，该电子设备包括：包括：处理器、存储器及通信总线；所述通信总线用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信；所述存储器用于存储一个或多个程序，所述处理器用于执行所述存储器中存储的一个或者多个程序，以实现如上述的图像重构方法的步骤。为实现上述目的，本专利技术实施例第四方面提供一种存储介质，该存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上述的图像重构方法的步骤。本专利技术实施例提供了一种图像重构方法、装置、电子设备和存储介质，可获取显微镜系统采集的目标样本的单帧的宽场图像I0，设置与所述宽场图像I0的尺寸相同的数字模板Pi，其中i＝1…N；根据公式Ii＝I0*Pi，计算所述数字模板Pi对应的光强分布Ii；根据公式Ti＝∫Ii，计算所述光强分布Ii的积分Ti；获取所述显微镜系统的点扩散函数H；基于公式和已知的积分Ti、点扩散函数H以及数字模板Pi，求得未知的超分辨图像S，根据本专利技术实施例的方案，只需要显微镜系统采集单帧的图像即可进行图像重构得到超分辨图像S，大大提升了成像速度以及算法的时间分辨率，有利于观察目标样本的细胞内部组成物质的动态变化过程及进行机制分析。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中一种图像重构方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例中一种图像重构装置的结构示意图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。现有技术中的超分辨显微技术存在成像速度慢，时间分辨率较低的缺点，不利于实现对细胞信息的动态观察，为了解决现有技术中的问题，本专利技术实施例提出一种图像重构方法，参见图1，该图像重构方法包括：步骤101、获取显微镜系统采集的目标样本的单帧的宽场图像I0；本实施例中显微镜系统包括显微镜以及和该显微镜结合来获取显微镜成像图像的相机。本实施例中，相机可以是CCD相机或CMOS相机，本实施例对此没有限制。本实施例的图像重构方法可以是由终端实现，该终端包括但不限于如手机等移动终端以及如电脑等固定终端。步骤101中获取显微镜系统采集的目标样本的单帧的宽场图像I0包括：接收显微镜系统中相机发送的目标样本的单帧的宽场图像I0。其中，本实施例的原始的宽场图像I0可以看作超分辨图像S与显微镜系统的点扩散函数H卷积之后的结果，即其中表示卷积运算。步骤102、设置与宽场图像I0的尺寸相同的数字模板Pi，其中i＝1…N；步骤103、根据公式Ii＝I0*Pi，计算数字模板Pi对应的光强分布Ii，其中，*表示点乘；本实施例中，宽场图像I0的尺寸和N个数字模板Pi的尺寸相同，即宽场图像I0的矩阵和数字模板Pi的矩阵具有相同的行数和列数。数字模板Pi与宽场图像I0点乘，实际上就是Pi的矩阵和I0的矩阵中的相同位置的元素相乘。将代入公式Ii＝I0*Pi，并进行展开可以得到Ii(x,y)＝[∫∫S(u,v)H(x-u,y-v)dudv]Pi(x,y)，其中，(x，y)表示显微镜系统中拍摄宽场图像I0的相机的成像平面上的坐标(相机的成像平面上建立的是xy坐标系)；(u，v)表示目标样本所在平面上的坐标(目标样本所在平面上建立的是uv坐标系)。步骤104、根据公式Ti＝∫Ii，计算光强分布Ii的积分Ti；具体的，根据已知的I0和Pi，计算与数字模板Pi对应的光强分布Ii的积分Ti。另一方面，将Ii(x,y)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像重构方法，其特征在于，包括：获取显微镜系统采集的目标样本的单帧的宽场图像I0；设置与所述宽场图像I0的尺寸相同的数字模板Pi，其中i＝1…N；根据公式Ii＝I0*Pi，计算所述数字模板Pi对应的光强分布Ii，所述*表示点乘；根据公式Ti＝∫Ii，计算所述光强分布Ii的积分Ti；获取所述显微镜系统的点扩散函数H；基于所述积分Ti、所述点扩散函数H、所述数字模板Pi、以及公式

【技术特征摘要】
1.一种图像重构方法，其特征在于，包括：获取显微镜系统采集的目标样本的单帧的宽场图像I0；设置与所述宽场图像I0的尺寸相同的数字模板Pi，其中i＝1…N；根据公式Ii＝I0*Pi，计算所述数字模板Pi对应的光强分布Ii，所述*表示点乘；根据公式Ti＝∫Ii，计算所述光强分布Ii的积分Ti；获取所述显微镜系统的点扩散函数H；基于所述积分Ti、所述点扩散函数H、所述数字模板Pi、以及公式得到超分辨图像S，其中，所述表示卷积。2.如权利要求1所述的图像重构方法，其特征在于，所述基于所述积分Ti、所述点扩散函数H、所述数字模板Pi、以及公式得到超分辨图像S包括：根据所述点扩散函数H、所述数字模板Pi以及公式得到新的数字模板P′i；根据公式得到基于所述积分Ti、所述P′i、所述以及单像素相机成像算法，得到超分辨图像S。3.如权利要求2所述的图像重构方法，其特征在于，所述数字模板P′i为m行n列的矩阵，所述基于所述积分Ti、所述P′i、所述以及单像素相机成像算法，得到超分辨图像S包括：将所述数字模板P′i展开成宽度为m×n的行向量Ai，将N个行向量Ai组合成矩阵A；将N个所述数字模板Pi所对应的不同积分Ti组合成列向量Τ；对方程组AX＝T，根据预设算法计算出列向量X，其中，所述X为m*n行的列向量，所述X为超分辨图像S的展开形式；将m*n行的列向量X组合成具有m行n列的矩阵，得到超分辨图像S。4.如权利要求3所述的图像重构方法，其特征在于，所述预设算法包括：最小二乘算法、共轭梯度算法和压缩感知算法中的至少一种。5.一种图像重构装置，其特征在于，包括：第一获取模块，用于获取显微镜系统采集的目标样本的单帧的宽场图像I0；设置模块，用于设...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志刚，张炜，陈楚芳，屈军乐，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44