【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及荧光显微成像技术，具体涉及一种基于暗通道先验的去除荧光图像离焦背景的方法。
技术介绍
1、近年来荧光显微成像技术得到了长足的发展，然而荧光图像的离焦背景成为成像中不可忽视的问题。离焦背景主要由于散射光、光学像差以及受限的纵向轴分辨率引起，它不仅会湮没在焦信息，而且可能会在后续图像处理中导致严重的伪影。
2、现有的去背景算法主要基于傅里叶频域或小波域的高低频分离，缺乏区分在焦和离焦信息的理论依据，因此产生了背景去除不正确、不完全的问题，其中的弱信号通常会随着离焦背景的去除而消失。因此，专利技术一种稳定保真的去除离焦背景的方法，对于荧光图像质量的提高有着重要的意义。
技术实现思路
1、针对以上现有技术存在的荧光图像离焦背景的问题，本专利技术提出了一种基于暗通道先验的去除荧光图像离焦背景的方法。
2、本专利技术的基于暗通道先验的去除荧光图像离焦背景的方法，包括以下步骤：
3、1)分离高频与低频部分：
4、荧光显微镜对样本进行荧光成像得到原始荧光图像i(x,y)，根据荧光显微镜的数值孔径和荧光显微镜的相机像素，计算出原始荧光图像的光学传递函数和点拓展函数psf，并计算出光学传递函数的截止频率kotf，通过光学传递函数设计出相应的低通滤波器和高通滤波器，再根据低通滤波器和高通滤波器从原始荧光图像i(x,y)中分别区分出原始荧光图像的低频部分ilo(x,y)和原始荧光图像的高频部分ihi(x,y)；并且，通过低通滤器对点拓展函数进行
5、2)确定暗通道尺寸：
6、对原始荧光图像的低频部分的点拓展函数做外接矩形，将原始荧光图像的低频部分的点拓展函数的外接矩形作为暗通道尺寸(δx,δy)来进行后续处理，即(δx,δy)＝rec[psflo]，其中rec[·]表示外接矩形；
7、3)得到最终传输比：
8、a)含有离焦背景的原始荧光图像包括两部分，第一部分为在焦信息，第二部分为离焦信息；以初始传输比t(x,y)来定量原始荧光图像的低频部分的在焦信息jlo(x,y)和原始荧光图像的低频部分的离焦信息a(x,y)的比例，其中x和y分别表示原始荧光图像的横坐标和纵坐标；原始荧光图像的低频部分ilo(x,y)表示为：
9、ilo(x,y)＝t(x,y)·jlo(x,y)+[1-t(x,y)]·a(x,y)
10、将等式两边同时除以a(x,y)，得到：
11、
12、b)原始荧光图像的低频部分的离焦信息a(x,y)代表原始荧光图像的初始离焦背景，主要存在于原始荧光图像的极低频部分，通过对原始荧光图像做更低一级的极低低通滤波器el[·]得到原始荧光图像的极低频部分el[i(x,y)]，其中极低低通滤波器截止频率为kel；同时设定荧光图像灰度阈值δ，将原始荧光图像的低频部分分为低灰度值区域iout(x,y)与高灰度值区域iin(x,y)，对低灰度值区域iout(x,y)和高灰度值区域iin(x,y)分别进行暗通道处理，并分别取低灰度值区域和高灰度值区域的暗通道中灰度值大于暗通道灰度阈值p％的像素点的平均值为max_dark[iout(x,y)]和max_dark[iin(x,y)]，原始荧光图像的低频部分的离焦信息表示为：
13、
14、其中，b为离焦背景常量；
15、c)对步骤a)的公式(1)的等式两边做暗通道处理，并假设每个暗通道尺寸(δx,δy)内的初始传输比t(x,y)保持不变，得到：
16、
17、其中，dark[·]表示暗通道处理；
18、d)根据暗通道先验，对原始荧光图像的低频部分的在焦信息jlo(x，y)进行暗通道处理，得到原始荧光图像的低频部分的在焦信息的暗通道为dark[jlo(x，y)]，其中dark[jlo(x，y)]＝min jlo(x：x+δx，y；y+δy)；认为无离焦背景的图像j(x，y)整幅图像的暗通道均接近于零，即dark[jlo(x，y)]≈0，即得到初始传输比：
19、
20、其中，ω为控制离焦背景去除程度的常量；
21、e)每个暗通道尺寸中的传输比为常数，对初始传输比t(x,y)做引导滤波处理，将原始图像的低频部分ilo(x,y)作为被引导量，得到最终传输比t'(x,y)为：
22、
23、其中，ε为互相关函数常数，cov[ilo(x,y),t(x,y)]为初始传输比与原始图像的低频部分的互相关函数，var[ilo(x,y)]为原始图像的低频部分的标准差，为原始图像的低频部分的平均值，为初始传输比的平均值；
24、4)得到无离焦背景的图像：
25、根据原始荧光图像的低频部分的离焦信息a(x,y)和最终传输比t'(x,y)，得到原始荧光图像的低频部分的在焦信息jlo(x,y)为：
26、
27、其中，t0为传输比最小值常量，以避免分母为零；
28、原始荧光图像的低频部分的在焦信息jlo(x,y)加上原始荧光图像的高频部分ihi(x,y)，得到去除离焦背景后的无离焦背景的图像j(x,y)＝jlo(x,y)+ihi(x,y)；
29、5)获得最优的结果：
30、如果无离焦背景的图像的信背比小于设定的信背比阈值α，则重复步骤1)～4)，直至无离焦背景的图像的信背比小于设定的信背比阈值α或者达到设定的循环次数β，停止循环获得最优的结果。
31、其中，在步骤3)的b)中，荧光图像灰度阈值δ的取值范围在0～65535之间；暗通道灰度阈值p％的取值范围在0.1～10％之间。
32、在步骤1)和步骤3)的b)中，光学传递函数的截止频率kotf、低通滤波器klo高通滤波器的截止频率khi以及极低低通滤波器的截止频率kel的取值关系为kel<klo<khi<kotf。
33、在步骤3)的b)中，离焦背景常量b取值范围在0.1～8之间。在步骤3)的d)中，0＜ω≤1，ω＝1表示对离焦背景的完全去除。
34、在步骤4)中，传输比最小值常量t0的取值范围在0～0.2之间。
35、在步骤5)中，信背比阈值α为0～5db；循环次数β为一至八次。
36、本专利技术的优点：
37、本专利技术结合了高低频分离与暗通道先验的优势，实现了高保真和低伪影的去除荧光图像离焦背景的效果，本专利技术在散焦信号消除的准确性方面优于其他去背景算法，适用于宽场成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于暗通道先验的去除荧光图像离焦背景的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)的b)中，荧光图像灰度阈值δ的取值范围在0～65535之间；暗通道灰度阈值p％的取值范围在0.1～10％之间。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光学传递函数的截止频率kOTF、低通滤波器kLO高通滤波器的截止频率kHI以及极低低通滤波器的截止频率kEL的取值关系为kEL<kLO<kHI<kOTF。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)的b)中，离焦背景常量b取值范围在0.1～8之间。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)的d)中，0＜ω≤1，ω＝1表示对离焦背景的完全去除。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4)中，传输比最小值常量t0的取值范围在0～0.2之间。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5)中，信背比阈值α为0～5dB；循环次数β为一至八次。
【技术特征摘要】
1.一种基于暗通道先验的去除荧光图像离焦背景的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)的b)中，荧光图像灰度阈值δ的取值范围在0～65535之间；暗通道灰度阈值p％的取值范围在0.1～10％之间。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光学传递函数的截止频率kotf、低通滤波器klo高通滤波器的截止频率khi以及极低低通滤波器的截止频率kel的取值关系为kel<klo<khi<...
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