[发明专利]一种基于能量分布的显微成像系统三维点扩散函数选取方法

摘要

一种基于能量分布的显微成像系统三维点扩散函数选取方法，包括如下步骤：采用能量不同的序列三维点扩散函数进行图像复原仿真实验，获得不同能量的三维点扩散函数与图像复原效果和复原时间之间的关系，以此计算复原效率，绘制复原效率曲线，计算二阶导数，获得曲线拐点，依据曲线拐点的坐标确定能量阈值，进而确定起点三维点扩散函数，并按照一般观察浏览和分析测量的不同需要，作出三维点扩散函数能量大小以及与之相应空间大小的选取。该方法能够根据观察浏览和分析测量的不同需要，综合考虑复原效果和处理时间，选取相应的三维点扩散函数，对采集的序列显微切片图像进行复原处理。

主权项

一种基于能量分布的显微成像系统三维点扩散函数选取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按照显微镜物镜放大倍数、数值孔径参数、光源波长、相机靶面大小和分辨率参数，并设定一个光学切片层距，制作一个用于表示成像过程卷积运算的表征显微镜光学系统的三维点扩散函数h_n，并制作不同空间大小的用于图像复原的序列三维点扩散函数h_i，分别命名为h₃、h₅、h₇、…、h_n‑2；(2)按式(1)计算步骤(1)中得到的各个不同空间大小三维点扩散函数h_n和h_i的能量值E，并进行归一化，$E=\underset{0}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{\left|f\left(r\right)\right|}^2\mathrm{\Δr}---\left(1\right)$式中，r表示三维点扩散函数元素的空间坐标(x,y,z)，f(r)为三维点扩散函数在坐标r(x,y,z)上的灰度值；(3)用一幅清晰高信噪比细胞图像作为初始二维样本，制作相互关联的序列二维图像，并用这些序列二维图像构建一个清晰仿真样本三维图像f；(4)用h_n与f卷积得到模糊仿真三维成像图像g；(5)用步骤(1)中不同空间大小即相应不同能量大小的三维点扩散函数分别对三维图像g进行去卷积复原处理，复原算法采用最大似然法，同时记录复原效果和处理时间；(6)去卷积复原处理的复原效果的评价，采用式(2)的改善信噪比ISNR：$\mathrm{ISNR}=10\log ({|f-g|}^2/{|\hat{f}-f|}^2),---\left(2\right)$式中，为三维复原结果图像，处理时间单位采用秒，计算不同空间大小三维点扩散函数h_i对三维成像图像g进行复原处理的复原效率q；(7)对各三维点扩散函数的能量E及相应的复原效率q进行数据拟合，得到q‑E关系曲线；(8)求q对E的二阶导数d²q/dE²，找出二阶导数为零的曲线拐点γ，将直角坐标横轴上与拐点对应的能量设定为阈值能量Eγ，以此确定“起点三维点扩散函数”；(9)三维点扩散函数的选取，如果复原图像用于一般观察浏览，选取“起点三维点扩散函数”或稍大的空间大小的三维点扩散函数进行图像复原，如果复原图像用于研究、分析测量，选取更大空间的三维点扩散函数，对复原图像的效果要求越高，选取越大空间大小的三维点扩散函数。