用于改善显微镜图像的信噪比的图像处理设备、系统和方法技术方案

一种用于改善显微镜图像的信噪比的图像处理设备，图像处理设备包括被配置用于至少暂时地保存显微镜图像的存储器以及被配置用于基于存储在存储器中的显微镜图像的有序集合的加权滚动平均确定输出图像的处理电路。

【技术实现步骤摘要】
用于改善显微镜图像的信噪比的图像处理设备、系统和方法
本专利技术涉及一种用于改善显微镜图像的信噪比的图像处理设备。图像处理设备可以连接到显微镜设备，例如扫描显微镜、光片显微镜或宽场显微镜。
技术介绍
在显微镜下捕获试样的图像受到许多图像噪声的来源的影响。相机，例如CCD，累积从试样通过显微镜系统的光子，以产生关于从试样的点发出的辐射强度的信息。当照亮试样的大区域并且由相机捕获从大区域发出的辐射时，图像可以形成为二维图像帧。图像也可以通过照亮试样的小斑点并且由点检测器检测发出的辐射的过程逐点形成。图像也可以通过扫描试样的三维体积而被生成为三维图像。可替换地，三维图像可以由已经由相机或通过扫描过程捕获的二维图像帧的堆栈形成。为了捕获时间相依过程，例如活细胞中的过程，生成后续显微镜图像的堆栈。显微镜图像的堆栈期望地具有足够的帧速率以解析所研究的时间相依过程。显微镜图像中的噪声可以由显微镜系统的限制和相机中的成像过程的限制引起。特别地，光子检测的统计和累积性质意味着显微镜图像遭受光子噪声。光子噪声既源于由泊松分布函数控制的探测到的光子信号的固有统计变化，又源于诸如杂散光的背景光的光子噪声。通过在较长的探测时间跨度上收集光子，可以减少由于探测到的光子信号中的固有统计变化而导致的光子噪声，然而这与以足够的时间分辨率成像的目标相冲突。显微镜图像中的噪声的另外来源包括检测器噪声、读出噪声、热噪声和放大器噪声。特别地，对于共焦显微术，接收的光子数量非常小。待被检测的光子来自是弱信号的荧光发射。因此，在共焦显微术中，由于发射的光子信号中的固有统计变化而引起的光子噪声是噪声的主要来源。共焦显微镜的构造的进步允许扫描速度达到12kHz，使得可以以视频帧速率捕获显微镜图像。
技术实现思路
因此，需要改善显微镜图像的信噪比。本专利技术克服了现有技术中上述问题中的至少一些。本专利技术的目的是改善显微镜图像的信噪比。该目的通过一种用于改善显微镜图像的信噪比的图像处理设备解决，该设备包括存储器，被配置用于至少暂时地保存显微镜图像；以及处理电路，被配置用于基于存储在所述存储器中的显微镜图像的有序集合的加权滚动平均确定输出图像。在一些实施例中，加权滚动平均是通过将所述显微镜图像的有序集合中的显微镜图像添加到给定的显微镜图像而计算的，其中每个添加的显微镜图像通过权重加权。在一些实施例中，显微镜图像的有序集合中的图像是在所述给定的显微镜图像之前的显微镜图像。在一些实施例中，显微镜图像的有序集合包括在给定的显微镜图像之前的第一数量的显微镜图像和在给定的显微镜图像之后的第二数量的显微镜图像。在一些实施例中，显微镜图像的权重被确定为加权因子的幂，其中幂由显微镜图像与给定的显微镜图像之间的序号的差确定。在一些实施例中，显微镜图像的有序集合包括N+1个显微镜图像，以及其中加权因子是其中w是常数，e为欧拉数。本专利技术的目的还通过一种用于改善显微镜图像的信噪比的系统来实现，该系统包括：如上所述的任一种图像处理设备，以及检测设备，包括被配置为捕获显微镜图像的图像传感器或点检测器。在一些实施例中，检测设备捕获试样的图像，其中所述显微镜图像的有序集合包括N+1个显微镜图像，以及其中数量N适应于试样的移动。在一些实施例中，数量N基于显微镜图像的有序集合的确定的光流。在一些实施例中，试样的移动以第一周期是周期性的，其中显微镜图像的有序集合包括每第一周期捕获一次的显微镜图像。在一些实施例中，系统还包括：显微镜，所述显微镜被配置为捕获试样；以及监视器，显示所述输出图像。在一些实施例中，显微镜是扫描显微镜、光片显微镜或宽场显微镜。在一些实施例中，在检测设备正捕获显微镜图像的同时执行输出图像的确定，以及给定的显微镜图像是由检测设备最近捕获的显微镜图像。本专利技术的目的还通过一种用于改善显微镜图像的信噪比的方法来实现，该方法包括：至少暂时地存储显微镜图像；基于存储的显微镜图像的有序集合的加权滚动平均确定输出图像。在一些实施例中，加权滚动平均是通过将来自显微镜图像的有序集合的显微镜图像添加到给定的显微镜图像而计算的，其中每个显微镜图像通过权重加权。本专利技术的实施例提供了一种用于改善显微镜图像的信噪比的图像处理设备。图像处理设备包括被配置用于至少暂时地保存显微镜图像的存储器和被配置用于基于显微镜图像的加权滚动平均确定输出图像的处理电路。图像处理设备可从显微镜图像的有序集合产生具有改善的信噪比的输出图像的堆栈。特别地，由于统计平均，在随后的图像之间统计独立的噪声，例如光子噪声，以这种方式被减小，而考虑到显微镜图像堆栈的帧速率足够大，捕获到的时间相依过程的信号被保持。同时，加权滚动平均的计算保持了显微镜图像的帧速率，使得维持了输出图像的堆栈的时间分辨率。在图像处理设备的实施例中，通过将来自显微镜图像的有序集合的数量为N的显微镜图像添加到给定的显微镜图像计算加权滚动平均以确定输出图像，其中，来自显微镜图像的有序集合的每个添加的显微镜图像对输出图像的贡献通过权重进行加权，使得N+1个显微镜图像被用于确定输出图像。根据图像处理设备的另外的实施例，显微镜图像的有序集合中的显微镜图像是在给定的显微镜图像之前的显微镜图像，以及给定的显微镜图像是最近的显微镜图像。例如，显微镜图像的有序集合可包括来自显微镜图像的堆栈的N个先前的显微镜图像。使用先前的显微镜图像允许一旦捕获了新的显微镜图像就实时产生输出图像。例如，可以与捕获另外的显微镜图像的过程同时地在监视器上显示最近确定的输出图像。根据图像处理设备的另外的实施例，显微镜图像的集合可包括在给定的显微镜图像之前捕获的显微镜图像以及比给定的显微镜图像更新近地捕获的显微镜图像。在该实施例中，可以执行输出图像的堆栈的确定作为后处理的步骤。由该实施例产生的输出图像的堆栈具有改善的时间分辨率。根据图像处理设备的另外的实施例，应用于特定的显微镜图像的权重被确定为加权因子g的幂，其中0<g<1，显微镜图像通过权重对输出图像有贡献，以及其中幂由特定的显微镜图像与给定的显微镜图像之间的序号的差确定。当在时间步长k处捕获的特定的显微镜图像被放置于显微镜图像的堆栈中的序号k处，以及在时间步长j处捕获的给定的显微镜图像被放置于显微镜图像的堆栈中的序号j处，序号的差是|k-j|。例如，给定的显微镜图像的贡献可以用权重一加权，在给定的显微镜图像之前的在序号上与给定的显微镜图像相差一的显微镜图像的贡献可以以权重g加权，在给定的显微镜图像之后的显微镜图像的贡献可以以权重g加权，第二落后于给定的显微镜图像的显微镜图像的贡献可以以权重g2加权，等等。根据实施例，加权因子其中N是添加的显微镜图像的总数，以及w是常数，使得N+1个显微镜图像被用于确定输出图像。本专利技术的另外的实施例是一种用于改善显微镜图像的信噪比的系统，系统包括根据上述实施例中的一个的图像处理设备和被配置为捕获显微镜图像的检测设备。根据系统的另外的实施例，系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于改善显微镜图像的信噪比的图像处理设备(220)，包括：/n存储器(222)，被配置用于至少暂时地保存显微镜图像；以及/n处理电路(224)，被配置用于基于存储在所述存储器(222)中的显微镜图像的有序集合(102；202)的加权滚动平均确定输出图像(106；206)。/n

【技术特征摘要】
20190430 EP 19171800.61.一种用于改善显微镜图像的信噪比的图像处理设备(220)，包括：
存储器(222)，被配置用于至少暂时地保存显微镜图像；以及
处理电路(224)，被配置用于基于存储在所述存储器(222)中的显微镜图像的有序集合(102；202)的加权滚动平均确定输出图像(106；206)。


2.如权利要求1所述的图像处理设备(220)，其中所述加权滚动平均是通过将所述显微镜图像的有序集合(102；202)中的显微镜图像(102-1，…，102-N；202-1，…，202-N)添加到给定的显微镜图像(102-0；202-0)而计算的，其中每个添加的显微镜图像(102-1，…，102-N；202-1，…，202-N)通过权重(104-1，…，104-N；204-1，…，204-N)加权。


3.如权利要求2所述的图像处理设备(220)，其中所述显微镜图像的有序集合(102)中的图像(102-1，…，102-N)是在所述给定的显微镜图像(102-0)之前的显微镜图像。


4.如权利要求2所述的图像处理设备(220)，其中所述显微镜图像的有序集合(202)包括在所述给定的显微镜图像(202-0)之前的第一数量的显微镜图像和在所述给定的显微镜图像(202-0)之后的第二数量的显微镜图像。


5.如权利要求2至4中的一项所述的图像处理设备(220)，其中显微镜图像的所述权重(104-1，…，104-N；204-1，…，204-N)被确定为加权因子的幂，其中所述幂由所述显微镜图像与所述给定的显微镜图像(102-0；202-0)之间的序号的差确定。


6.如权利要求5所述的图像处理设备(220)，其中所述显微镜图像的有序集合(102；202)包括N+1个显微镜图像，以及其中所述加权因子是其中w是常数，e为欧拉数。


7.一种用于改善显微镜图像的信噪比的系统(200)，所述系统包括：
如权利要求1至6中的一项所述的图像处理设备(22...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯·沃尔特，弗洛里安·齐谢，
申请(专利权)人：莱卡微系统CMS有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE