本发明专利技术提出一种基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法和装置，所述方法包括：通过荧光显微镜获得样本的观测图像，并基于样本建立目标函数，其中，目标函数包括正则项和约束项；根据目标函数获得样本的图像复原迭代公式和点扩散函数迭代公式；通过图像复原迭代公式和点扩散函数迭代公式对观测图像进行计算以得到复原的荧光显微图像和修正的点扩散函数。通过本发明专利技术的实施例复原的图像对比度和清晰度高，有效的保持了纹理的细节信息，图像视觉效果更加清晰，自然，复原得到的点扩散函数同样具有较高的准确度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像处理和计算机视觉
，特别涉及一种基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法和装置。
技术介绍
荧光显微镜方法是目前快速发展的一种显微镜技术，主要是利用荧光或是磷光现象来研究样本的属性。生物样本光学切片图像可以利用荧光显微镜获得，然而，由于成像过程中噪声和模糊的物理限制，因此无法得到完美的图像信息。由于光子转换和光学成像系统自身的缺陷等原因，荧光显微图像无法避免噪声的出现，这些噪声的统计分布通常是已知的，因此图像的噪声通常可以使用恰当的滤波方法去除。图像的模糊过程本质上与点扩散函数密切相关，由于显微成像系统的有限光圈只 能收集到点光源的一部分光，因此光学成像系统无法汇聚点光源的像为一个点，相反，这个点光源的像会扩展为衍射模式，每一张光学切片图像除了包含聚焦信息之外，同时还包含样本其它部分的散焦信息，这就使得图像看起来模糊。利用反卷积对荧光显微切片图像进行去噪及去模糊的过程是一个图像复原(image restoration)的过程，即对原始信号的降质观测的有效恢复。然而，由于点扩散函数(point spread function/PSF)是反卷积技术不可或缺的必要条件,又不能准确地预先获知，因此使用反卷积进行图像复原是一个严重的病态问题，为此，准确地估计点扩散函数是反卷积关键工作之一。传统的获取点扩散函数要么通过理论计算得到，要么通过测量荧光液珠强度的实验方法获得。但是，实验方法得到的点扩散函数本身信息量微弱，很容易受到噪声的干扰，且只能描述显微镜在某次使用时的特殊情况下的成像属性，一旦再次使用显微镜，条件改变，那么前次测得的点扩散函数就无法适用，也不能够根据实际情况调整和改变。理论方法计算得到的点扩散函数由于公式中使用的参数在成像过程中有可能发生改变，因此会导致计算得到的点扩散函数与实际情况不符。同其他的反卷积方法相比，盲反卷积有一个显著的优势，就是可以在复原样本的同时，根据实际条件和施加的约束不断更新迭代点扩散函数，使其尽可能反映成像的实际情况，进而获得更好的显微图像复原结果。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种对复原的图像对比度和清晰度高，有效的保持了纹理的细节信息，图像视觉效果更加清晰，自然，复原得到的PSF具有更高的准确度的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法。本专利技术的另一目的在于提出一种基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原>J-U ρ α装直。为了实现上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法，包括以下步骤通过荧光显微镜获得样本的观测图像，并基于所述样本建立目标函数，其中，所述目标函数包括基于泊松噪声统计模型构建的正则项和基于稀疏理论构建的约束项；根据所述目标函数获得所述样本的图像复原迭代公式和点扩散函数迭代公式；以及通过所述图像复原迭代公式和所述点扩散函数迭代公式对所述观测图像进行计算以得到复原的荧光显微图像和修正的点扩散函数。本专利技术第二方面实施例提出了一种基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原装置，包括图像获取装置，用于获取样本的观测图像；函数建立模块，用于根据所述样本建立目标函数，其中，所述目标函数包括基于泊松噪声统计模型构建的正则项和基于稀疏理论构建的约束项；迭代公式建立模块，用于根据所述目标函数获得所述样本的图像复原迭代公式和点扩散函数迭代公式；以及图像复原模块，用于通过所述图像复原迭代公式 和所述点扩散函数迭代公式对所述观测图像进行计算以得到复原的荧光显微图像和修正的点扩散函数。根据本专利技术实施例的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法和装置，推导出荧光显微图像(复原的荧光显微图像)及相应的点扩散函数(修正的点扩散函数)的复原模型，有效克服了传统复原图像方法易受噪声影响及复原图像模糊的缺陷，使得图像在复原的同时提高了对比度与清晰度，有效的保持了纹理的细节信息，图像视觉效果更加清晰，自然，复原得到的PSF(修正的点扩散函数)也具有更高的准确度。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I为本专利技术实施例的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法的流程图；图2为根据本专利技术一个实施例的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法的详细流程图；图3为根据本专利技术一个实施例的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法的盲反卷积过程示意图；图4A为根据本专利技术一个实施例的人工合成图像；图4B为对图4A所述的人工合成图像添加泊松噪声后的模糊图像；图5A为应用现有的维纳滤波方法对图4B所示的模糊图像进行复原的结果示意图；图5B为应用现有的RL方法对图4B所示的模糊图像进行复原的结果示意图；图5C为应用现有的BD方法对图4B所示的模糊图像进行复原的结果示意图；图为根据本专利技术实施例的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法对图4B所示的模糊图像进行复原的结果示意图；图6A为本专利技术一个实施例的真实荧光显微图像(观测图像)的示意图6B为应用现有的维纳滤波方法对图6A所示真实荧光显微图像进行复原的结果示意图；图6C为应用现有的BD方法对图6A所示真实荧光显微图像进行复原的结果示意图；图6D为应用本专利技术实施例所述的基于盲反卷积和稀疏表不的突光显微图像复原方法对图6A所示真实荧光显微图像进行复原的结果示意图；图7A为图6A所示的真实荧光显微图像的局部放大图；图7B为图6B所示的对真实荧光显微图像复原结果的局部放大图；图7C为图6C所示的对真实荧光显微图像复原结果的局部放大图； 图7D为图6D所示的对真实荧光显微图像复原结果的局部放大图；以及图8为本专利技术一个实施例的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原装置的结构图。具体实施例方式现在将详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。虽然示出了特定实施例，但是应理解不意味着将本专利技术限于这些特定实施例。相反地，本专利技术包括在所附的权利要求的精神和范围内的替代、修改和等同。阐明多个具体细节是为了提供对本文提出的主题的全面理解。但是本领域的普通技术人员应明白，可以不使用这些具体细节来实施该主题。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、程序、部件和电路，从而避免不必要 地使本实施例的方面模糊。尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅仅用于将一个元件与另一个元件区别开。例如第一排序标准可以称为第二排序标准，类似地，第二排序标准可以称为第一排序标准，在不脱离本专利技术的范围的情况下。第一排序标准和第二排序标准都是排序标准，但是它们不是相同的排序标准。本文中本专利技术的描述中使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，并不意味着对本专利技术的限制。如本专利技术及所附权利要求的描述中所使用的，单数形式“一个”“一种”和“所述”意味着也包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还应理解，本文所使用的术语“和/或”表示并包含一个或多个的相关联的列出的项目的任何一个和所有可能组合。还应进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法，其特征在于，包括以下步骤 通过荧光显微镜获得样本的观测图像，并基于所述样本建立目标函数，其中，所述目标函数包括基于泊松噪声统计模型构建的正则项和基于稀疏理论构建的约束项； 根据所述目标函数获得所述样本的所述图像复原迭代公式和所述点扩散函数迭代公式；以及 通过所述图像复原迭代公式和所述点扩散函数迭代公式对所述观测图像进行计算以得到复原的荧光显微图像和修正的点扩散函数。2.根据权利要求I所述的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法，其特征在于，所述通过图像复原迭代公式和所述点扩散函数迭代公式对所述观测图像进行计算以得到复原的荧光显微图像和修正的点扩散函数，进一步包括 设置迭代次数阈值， 通过所述图像复原迭代公式和所述点扩散函数迭代公式对所述观测图像进行迭代，直至迭代次数到达所述迭代次数阈值后停止迭代以得到所述复原的荧光显微图像和修正的点扩散函数。3.根据权利要求I所述的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法，其特征在于，所述目标函数为4.根据权利要求3所述的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法，其特征在于，所述正则项Lfidelity (g I f，h)为5.根据权利要求4所述的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法，其特征在于，还包括 对所述正则项Lfidelity(g| f, h)和所述约束项Lspqree(f, h)进行推导。6.根据权利要求I所述的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法，其特征在于，所述根据目标函数获得所述样本的图像复原迭代公式，进一步包括 设置点扩散函数h(x)的初始值，且通过F(X)Ia = I对所述点扩散函数进行标准化；根据所述目标函数并应用变分法得到对应的基于所述复原的荧光显微图像的欧拉方程；以及 根据所述欧拉方程得到所述图像复原迭代公式。7.根据权利要求I所述的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法，其特征在于，根据所述目标函数获得所述样本的点扩散函数迭代公式，进一步包括 设置复原的荧光显微图像f(x)的初始值； 根据所述目标函数应用梯度下降算法得到所述点扩散函数迭代公式。8.根据权利要求7所述的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法，其特征在于，所述复原的荧光显微图像f (X)的初始值为观测图像g(x)。9.根据权利要求6所述的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法，其特征在于，所述点扩散函数h(x)的初始值为高斯近似模型为10.根据权利要求9所述的基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原方法，其特征在于， 当所述荧光显微镜为宽场显微镜时，所述11.一种基于盲反卷积和稀疏表示的荧光显微图像复原装置，其特征在于，包括 图像获取装置，用于获取样本的观测图像； 函数建...
【专利技术属性】
技术研发人员：王瑜，姜同强，郭培源，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：
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