一种用于压缩式感测和处理图像数据的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于感测和处理图像数据的方法，其中，不完全地扫描待成像的对象，其方式在于，感测该对象的区域(eB)并且该对象的感测图像区域(eB)与未感测图像区域(neB)交替。根据感测图像区域(eB)的感测图像数据(eBD)重建未感测图像区域(neB)的图像数据(rBD)。所述方法的特征在于，确定感测图像区域(eB)的感测图像数据(eBD)的噪声信号(N)并将其传递至未感测区域(neB)的重建图像数据(RBD)，从而用户获得在出现噪声的情况下该对象在合成整体图像(rGB

【技术实现步骤摘要】
一种用于压缩式感测和处理图像数据的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于压缩式地感测图像数据和对其处理的方法。

技术介绍

[0002]图像数据的压缩式感测(英文作：“compressed sensing”)被理解为这样的方法，在所述方法中，以比从技术观点实际上可能的数据密度更低的数据密度感测图像数据(所谓的“欠扫描”，不完全扫描)。例如，如果使用高分辨率相机或探测器，如果应进行具有较低分辨率的图像数据的后继使用，则能够仅感测所有像素的图像数据中的子集。在这种情况下，所感测的图像数据的集合小于由相应的相机或相应的探测器实际上可以获得的数据。
[0003]这种压缩式感测的优点在于减少了存储需求，并且可能免除了用于随后减少已经感测的图像数据的计算技术步骤。
[0004]在样品的图像感测领域中，特别是在显微成像中，这种欠扫描的一种可能性在于对待成像的对象的不完全扫描。在该过程中，感测的图像区域通常以固定的关系与未感测的图像区域交替。使用已知的方法重建未感测图像区域的图像数据(例如参见文献DE 10 2018 113 014 A1)。
[0005]现有技术中已知的重建方法旨在以尽可能高的质量且无噪声地预测未感测图像区域的重建图像数据。然而，这导致由感测图像区域的图像数据和未感测图像区域的重建图像数据所生成的合成整体图像表现出不均匀的印象。在该过程中，连同固有噪声信号实际感测的图像数据不同于没有噪声信号的重建的图像数据，从而例如在所生成的整体图像中可能存在明显的条纹形成。
[0006]与其相比，如果使用减少或去除感测图像区域的图像数据固有的噪声信号(“去噪”)的重建方法，虽然产生均匀的图像印象，但同时也改变了实际感测的图像数据，而且其不能再作为未失真的数据使用。
[0007]尽管可以用非常低、乃至可忽略的噪声信号感测图像数据，但是这种方法需要大量的时间花费和物体的高曝光。特别是，如果物体是生物样本和/或光敏材料，这种由照明造成的曝光是不利的。
[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于，建议一种实现均匀的图像印象的可能性，其中，还同时使实际感测的图像数据保持不变。
[0009]所述技术问题通过独立权利要求1的技术方案解决。有利的改进方案和应用是独立权利要求和并列权利要求的主题。
[0010]在一种用于感测和处理图像数据的方法中，特别是在显微成像中，待成像的对象被不完全地扫描。为此，特别是光学地感测对象的区域，其中，这些感测的图像区域以固定的顺序或者以不规则的方式与对象的未感测的图像区域交替。例如对象可以在其待成像的区域上以条状方式被扫描，其中，在一个或多个扫描的条纹后分别跟随至少一个未扫描和感测的条纹。在考虑了感测图像区域的感测图像数据的情况下重建未感测图像区域的图像数据。为此，特别使用现有技术中已知的重建方法。
[0011]根据本专利技术的方法的特征在于，确定感测区域的感测图像数据的噪声信号并将其传输到未感测区域的重建图像数据。其结果在于，用户获得在出现噪声的情况下对象在根据本专利技术合成的整体图像中的可视化图像数据的均匀的图像印象。同时有利的是，感测图像区域的感测图像数据不被修改。
[0012]为了简化起见，以下将感测图像区域的感测图像数据简称为感测图像数据。未感测图像区域的重建图像数据在下文中也简称为重建图像数据。
[0013]本专利技术的核心在于,不同于现有技术的方法那样提供没有噪声的重建图像数据的概念，而是在其中施加对应于感测图像数据的噪声信号的噪声信号。例如噪声信号可以基于光子噪声、暗噪声和/或读出噪声。
[0014]待成像的对象的不完全扫描可以例如条纹状地进行，更具体地逐行地进行，其方式在于，例如借助点扫描仪或借助线扫描仪、特别是沿着扫描线对对象进行扫描。在此，被扫描并因此被感测的图像区域与未感测的图像区域交替。在此，未感测图像区域可以是整条扫描线、个别扫描线的区段和/或预先选择的或随机的图像区域。未感测图像区域例如可以以线状、块状或正弦状地布置。不完全扫描的其他可能的方案可以螺旋状地遵循线条图案或者自适应地实施。
[0015]在自适应的不完全扫描中，多种不同的过程方法是可行的。在一种设计方式中，当前感测的图像数据被用作重建的输入数据，该输入数据在待扫描对象的事先选择的部分区域中已经被检测(对此例如参见文献DE 10 2019 114 459A1)。同样可以使用概览图，以便据此建立合成整体图像。此外，还可以使用在更早时刻就感测到的图像数据。还可行的是，例如利用第一光谱范围感测图像数据，并且研究预定结构的存在。由此，可以例如利用第一光谱范围确定细胞核的位置和尺寸。该信息可以被用于据此向其他位置或区域行进，并且利用第一光谱范围或利用其它光谱范围(不完全)扫描图像数据。
[0016]为进行相应的扫描，可以使用例如呈受控且逐行扫描的扫描仪形式的扫描设备。为了实现例如块状扫描，可以使用相应操控的点扫描仪。逐行引导的点扫描仪或行扫描仪能够用于逐行扫描。
[0017]为了重建未感测图像区域的图像数据，可以使用与感测图像数据的相应记录方式兼容的方法，也就是说，基于该方法可以生成预测(模拟)。除了来自现有技术的常规方法之外，这种重建方法尤其可以是机器学习方法(机器学习算法、深度学习算法)。根据本专利技术的方法可以以各种配置来实现，下面以示例性的方式来说明这些配置。
[0018]术语“噪声信号”被理解为不仅是用于再现噪声的计算规则，而且还是模拟模型(噪声模型)，该模拟模型(噪声模型)例如可以与用于预测重建图像数据的模拟模型组合或集成在该模拟模型中，和/或可以与用于在已经生成的重建图像数据上叠加噪声的模拟模型组合。
[0019]在根据本专利技术的方法的第一设计方式中，确定被感测图像数据的噪声并将其传送到重建图像数据，其方式例如在于，估计被感测图像数据的噪声信号的噪声参数。具有估计的噪声参数的噪声信号被施加到重建的图像数据。噪声参数例如可以借助于被提取的感测图像数据的噪声信号来导出，也就是说，从实际图像数据中分离(“去噪”)。例如可以通过将去噪图像数据与原始图像区域进行尤其视觉比较来评估确定的噪声信号。
[0020]在根据本专利技术的方法的另一设计方式中，选择的噪声信号被施加到重建的图像数
据。随后，将所选择的噪声信号对重建图像数据的影响与感测的图像数据进行比较。如果比较结果是将所选择的噪声信号应用于重建图像数据满足预定的相似性标准，则保持该噪声信号。相反，如果不满足预定的相似性标准，则不同的噪声信号被施加到感测图像数据。这个过程可以迭代地实现。例如其他的噪声信号的目标选择因此可以取决于先前施加的噪声信号的效果和要观察的相似性标准之间确定的差异。
[0021]例如可以借助鉴别器模型来实现对所施加噪声信号的影响的评估，该鉴别器模型例如以类似于GAN(生成对抗网络)的方式工作。
[0022]这种被称为GAN的模型也可以应用于根据本专利技术的方法的另一种可能的设计方式中。在此，通过模拟模型生成重建的图像数据。这些模拟模型例如可以是包括噪声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于感测和处理图像数据的方法，其中，
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不完全地扫描待成像的对象，其方式在于，感测该对象的区域(eB)并且该对象的感测图像区域(eB)与未感测图像区域(neB)交替；
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根据感测图像区域(eB)的感测图像数据(eBD)重建未感测图像区域(neB)的图像数据(rBD)；其特征在于，
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确定感测图像区域(eB)的感测图像数据(eBD)的噪声信号(N)并将其传递至未感测区域(neB)的重建图像数据(RBD)，使得用户获得在出现噪声的情况下该对象在合成整体图像(rGB
Inv
)中的可视化图像数据的均匀的图像印象。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
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在未感测区域(neB)的重建图像数据(rBD)中应用选择的噪声信号(N)，
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所选择的噪声信号(N)对未感测区域(neB)的重建图像数据(rBD)的影响与感测图像区域(eB)的感测图像数据(eB)相比较，并且检查对预定的相似性标准的遵守，和
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当不满足预定的相似性标准时，根据比较的结果决定在未感测区域(neB)的重建图像数据(rBD)上使用改变的噪声信号(N)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助模拟模型生成未感测图像数据(neB)的重建图像数据(r...

【专利技术属性】
技术研发人员：M姆托尔，D哈泽，R恩格尔曼，
申请(专利权)人：卡尔蔡司显微镜有限责任公司，
类型：发明
国别省市：