基于圖像重疊的選擇性平面照射顯微成像偽影去除方法技術

一種基于圖像重疊的選擇性平面照射顯微成像偽影去除方法，包括：針對焦平面上同一位置圖像，豎直提升樣本，對樣本同一位置進行多次成像；將所述同一位置的多幅圖像，通過加權平均減少噪聲，得到樣本的整體圖像。本發明專利技術可實現選擇性平面照射顯微成像中，圖像噪聲、條狀偽影和散射模糊的抑制，提高成像的質量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種選擇性平面照射顯微成像SPM技術，尤其涉及一種。
技術介紹
選擇性平面照射顯微術是一種針對較大生物樣本的三維顯微成像技術，與通常顯微技術需要將樣本切割并固定在載玻片上的方式不同，SPM能觀察I 20mm的生物樣本。 SPIM成像系統中，使用激光器作為光源，CCD相機作為探測部件，激光器照射方向和CCD相機拍攝方向垂直。一般將樣本嵌入成型的低熔點瓊脂中，或者封裝到毛細玻璃管中，然后將瓊脂或毛細玻璃管浸泡到盛放有光學匹配液體的玻璃水槽中，光學匹配液的作用是防止光線在樣本表面產生嚴重折射或反射。激光器發出均勻單色的平行光束，激光束通過光學元件后轉化成薄層單色平行光，CCD相機通過前端顯微鏡頭聚焦到薄層光所在的平面上。之后，通過瓊脂或玻璃管移動樣本，使樣本中感興趣的一個層面處于薄層光的照射下，CCD相機采集這一層面的激發熒光圖像，將樣本進行三維移動，如平移、提升等，可以采集樣本內部不同位置的激發熒光圖像，最后可實現樣本的三維成像。SPM在成像過程中由于樣本內部結構的不同，會出現對光線高吸收的組織，這些組織會導致光線的強烈衰減，在其后出現條狀偽影和散射模糊，同時由于光線被吸收后出現的不均勻現象，SPIM圖像會出現嚴重的噪聲。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供了一種。為實現上述目的，一種， 包括針對焦平面上同一位置圖像，豎直提升樣本，對樣本同一位置進行多次成像；將所述同一位置的多幅圖像，通過加權平均減少噪聲，得到樣本的整體圖像。本專利技術可實現選擇性平面照射顯微成像中，圖像噪聲、條狀偽影和散射模糊的抑制，提聞成像的質量。附圖說明圖I為本專利技術實施例中， 關于成像方法的示意圖和相應的結果；其中，圖Ia顯示了普通選擇性平面照射顯微成像方法示意圖，其中虛框為成像區域；圖Ib顯示了該方法下所采集到的局部成像圖像出現嚴重的條狀偽影；圖Ic顯示了本專利技術實施例所采用的成像方法示意圖，虛框為成像區域，通過豎直提升樣本的掃描方式對樣本同一位置進行多次重疊成像；圖Id顯示了本專利技術實施例所采集的圖像通過加權平均處理后得到的局部成像結果；圖2為本專利技術實施例中， 成像系統進行圖像采集的具體過程。顯示了探測器聚焦在樣本上的局部區域，及提升樣本時成像區域在樣本上移動過程示意圖3為本專利技術實施例中的數據處理過程。其中，圖3a顯示了每幅局部圖像進行加權平均時使用的最大權重為30 的加權掩碼圖，圖3b顯示了所有重疊小塊拼合后的整體示意圖4為本專利技術實施例中， 針對小鼠結腸某一斷面進行成像，分別采用傳統成像方法和本專利技術方法得到結果的比對。 圖4a為運用傳統成像方法得出的整個小鼠結腸斷層圖；圖4b為運用本專利技術得出的整個小鼠結腸斷層圖；圖4c、圖4d、圖4e和圖4f為運用傳統成像方法得出的局部小鼠結腸斷層圖；圖4g、圖4h、圖4i和圖4j為運用本專利技術得出的局部小鼠結腸斷層圖。從圖中可以看到本專利技術可有效的提高圖像質量。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術進一步詳細說明。雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于所述值。本專利技術是一種。本專利技術針對選擇性平面照射顯微成像消除圖像中噪聲、條狀偽影和散射模糊，通過豎直提升樣本的掃描方式對樣本同一位置進行多次重疊成像，并利用圖像加權平均抑制了成像中的各種偽影，有效提高了圖像質量。如圖1a所示，普通的選擇性平面照射顯微成像在掃描中會由于光路中高吸收物體導致成像區域出現條狀偽影，影響成像質量；如圖1b所示，探測器成像區域中條狀偽影明顯。如圖1c為本專利技術實施例所采用的成像方法示意圖，通過豎直提升樣本的掃描方式對樣本同一位置進行多次重疊成像，即樣本中 每個局部都會被反復成像。對采集到的大量重疊圖像數據進行加權平均，得出樣本的平均圖像。圖1d顯示了本專利技術方法的成像效果圖，可見成像偽影被極大地抑制。本專利技術專門針對具有噪聲、條狀偽影和散射模糊等情況的選擇性平面照射顯微成像進行高質量成像。本專利技術的實現方案分為兩個主要步驟圖像獲取和數據處理，其中，圖像獲取步驟通過豎直提升樣本，對樣本同一位置進行多次重疊成像，通過這一步驟可以采集到樣本中每個局部的大量重疊圖像數據，這些重疊圖像數據中，僅有一部分出現條紋偽影和散射模糊情況，大部分圖像都比較清晰。數據處理步驟將這些重疊的圖像按照位置關系進行加權平均，得到樣本的整體圖像，從而抑制某些局部圖像中的噪聲、條紋偽影和模糊等問題。下面利用小鼠結腸實驗描述本專利技術的步驟，實驗中采用小鼠結腸進行圖像重疊的選擇性平面照射顯微成像，成像系統成像區域大小為3. 8_X3. 8mm ;圖像分辨率為500X500 ;每個像素大小為7. 6 μ m ;樣本每次豎直移動5個像素的距離，即38 μ m ;樣本豎直提升總距離為 38mm，共需移動1000次樣本；采集1000幅圖像，得到的整體樣本圖像大小為3. 8mmX38mm。 如果不采用圖像重疊的選擇性平面照射顯微成像，需采集10幅圖像以實現樣本整體成像， 但是圖像質量較差。以結腸實驗為例，本專利技術的詳細步驟如下步驟S1:本步驟針對選擇性平面照射顯微成像掃描獲取到一系列軸向平移的圖像，根據樣本尺寸，計算出樣本每一步提升的距離。通過測量，該樣本在某一斷層圖像上的尺寸為3. 5mmX 38mm(不同樣本在某一斷層圖像上的尺寸是變化的)，而成像系統的成像區域為3. SmmX3. 8mm(不同成像系統的成像區域是不同的)。圖像像素大小是由實際成像系統決定，與硬件結構有關，本實施例中像素大小為7. 6 μ m，而樣本每次移動的步進值應為圖像像素大小的整數倍。這里我們選擇5個像素的長度作為每次樣本豎直提升的步進值，則每次樣本提升的步進值為7. 6 μ m*5 = 38 μ m ;樣本需要提升的次數為樣本高度與步進值的比值，即38mm/38 μ m = 1000次；樣本每個局部位置被采集的重復次數為成像區域高度與步進值的比值，成像區域的高度為3. 8mm，每個局部位置被采集的重復次數為3. 8mm/38 μ m =100次。整體圖像為寬3. 8mmX高38mm，分辨率為500 X 5000，可以完全覆蓋樣本，其中， 豎直提升樣本的距離遠小于探測器成像區域的高度。如圖2所示，探測器先聚焦于焦平面上一塊成像區域，探測器位置固定。調節焦平面，使其聚焦于上述選定斷層面。確定樣本初始位置，即樣本上端在探測器成像區域的最下端。在豎直提升樣本的同時，開始數據采集， 并記錄好采集位置，便于圖像后續處理。當樣本的最下端離開探測器成區域時，結束圖像采集，至此共采集1000張圖像。本步驟可使樣本中每個局部區域被反復采集100次，極大抑制了偶然出現的噪聲影響。步驟S2 :對采集到的大量圖像按照位置關系進行加權平均，得到樣本的整體圖像。每幅圖像在進行加權時，圖像的加權模板采用如圖3a所示的平頂金字塔加權模板圖， 模板圖的分辨率與圖像相同，均為500 X 500，加權模板圖中間區域的權重值都為30，加權模板圖邊緣的30行或列的權重值從中心向邊緣按行或按列依次遞減1，利用這樣的加權模板圖，可以削弱圖像邊緣區域在加權平均時所占的比重，從而平滑整體圖像中局部圖像的邊緣。利本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于圖像重疊的選擇性平面照射顯微成像偽影去除方法，包括：針對焦平面上同一位置圖像，豎直提升樣本，對樣本同一位置進行多次成像；將所述同一位置的多幅圖像，通過加權平均減少噪聲，得到樣本的整體圖像。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：田捷，董迪，楊鑫，郭進，
申請(專利權)人：中國科學院自動化研究所，
類型：發明
國別省市：