图像增强方法及宽场荧光成像系统与流程

本发明涉及图像处理，具体涉及一种图像增强方法及宽场荧光成像系统。

背景技术：

1、点扩散模型用于描述一个光学系统的脉冲响应，在衡量系统的成像质量时起到重要作用，并广泛应用于荧光显微成像、反卷积三维重建、傅里叶光学等领域。宽场荧光成像系统，指将显微镜载物台上的整个样本将暴露于光源，并通过光源激发样本中的荧光反应，从而拍摄到清晰的显微图像。但是，受限于荧光显微成像系统自身的光学结构限制，其在使用时往往会导致图像存在模糊和噪声的部分，影响成像质量。

2、现有技术中，已存在有针对宽场荧光成像系统采用点扩散模型进行图像增强的技术方案。比如，中国专利cn201711352724.2公开了一种宽场荧光显微镜的点扩散模型测量方法及系统，该方案通过拍摄荧光小球焦栈图像来得到荧光小球的三维光场分布，从而计算得到到宽场荧光显微镜的三维点扩散模型，该三位点扩散模型可以用于在实际成像时对采集到的荧光图像进行复原来获得较好的成像质量。

3、但是，在实际实施过程中，发明人发现，上述过程中由于需要对荧光小球求取其三维光场分布，并转换为各个离焦距离上的二维点扩散模型，随后再基于荧光小球在各距离上的能量比将其处理成三维点扩散模型。这一过程相对冗长，处理效率较低。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种图像增强方法；另一方面，还提供应用了该图像增强方法的宽场荧光成像系统。

2、具体技术方案如下：

3、一种图像增强方法，适用于宽场荧光成像系统，包括彼此连接的宽场荧光显微镜和计算机设备，包括：

4、于所述宽场荧光显微镜的像平面上设置荧光微球，并采用所述宽场荧光显微镜对所述荧光微球采集微球图像；

5、采用所述计算机设备对所述微球图像进行处理以得到所述荧光微球的半峰全宽值；

6、于所述计算机设备中基于所述半峰全宽值构建点扩散模型；

7、采用所述宽场荧光显微镜采集样品图像，随后采用所述计算机设备基于所述点扩散模型对所述样品图像进行处理以得到增强图像。

8、另一方面，于设置所述荧光微球之前，还采用所述宽场荧光显微镜对所述像平面采集背景图像；

9、在采用所述宽场荧光显微镜采集所述微球图像后，所述计算机设备基于所述背景图像对所述微球图像进行噪声去除后输出。

10、另一方面，于所述宽场荧光显微镜采集微球图像的过程中，所述宽场荧光显微镜依次对所述荧光微球采集多张荧光图像；

11、所述计算机设备依次接收每一张所述荧光图像；

12、所述计算机设备对所有的所述荧光图像进行平均处理后作为所述微球图像输出。

13、另一方面，所述计算机设备对所述微球图像进行处理的过程还包括：

14、所述计算机设备对所述微球图像进行形态学处理得到预处理图像；

15、所述计算机设备自所述预处理图像中对所述荧光微球进行筛选得到目标微球；

16、所述计算机设备根据所述目标微球的图像数据生成所述半峰全宽值。

17、另一方面，所述计算机设备对所述荧光微球进行筛选的过程还包括：

18、所述计算机设备对所述预处理图像进行联通域检测得到多个联通域，并根据所述联通域去除邻接的所述荧光微球；

19、所述计算机设备分别生成筛选后的每个所述荧光微球的圆率；

20、所述计算机设备将所述圆率与预先设置的圆率阈值进行比较，以去除圆率小于所述圆率阈值的所述荧光微球；

21、所述计算机设备将筛选后的所述荧光微球作为所述目标微球输出。

22、另一方面，所述计算机设备根据所述图像数据生成所述半峰全宽值的过程包括：

23、所述计算机设备对每个所述目标微球的图像数据进行非线性最小二乘拟合以得到微球半峰全宽值；

24、所述计算机设备对所有的所述微球半峰全宽值求平均值以得到所述半峰全宽值。

25、另一方面，所述计算机设备对所述样品图像进行处理的过程包括：

26、所述计算机设备基于所述点扩散模型对所述样品图像进行处理以得到本次迭代的中间图像；

27、所述计算机设备根据所述中间图像、所述点扩散函数和所述样品图像生成本次迭代的评价结果；

28、所述计算机设备根据预先配置的迭代条件判断所述中间图像是否符合所述迭代条件；

29、若是，所述计算机设备输出所述中间图像作为所述增强图像；

30、若否，所述计算机设备基于所述点扩散模型对所述中间图像进行处理以得到下一次迭代的所述中间图像。

31、一种宽场荧光成像系统，应用上述的图像增强方法，包括：

32、宽场荧光显微镜，所述宽场荧光显微镜用于采集样品图像；

33、计算机设备，所述计算机设备连接所述宽场荧光显微镜，所述计算机设备接收所述样品图像并基于所述图像增强方法对所述样品图像进行处理，以得到增强图像。

34、另一方面，所述计算机设备包括：

35、模型构建模块，所述模型构建模块依照所述宽场荧光显微镜采集的微球图像构建点扩散模型；

36、图像增强模块，所述图像增强模块连接所述模型构建模块，所述图像增强模块根据所述点扩散模型对所述样品图像进行处理，以得到所述增强图像。

37、另一方面，所述图像增强模块中设置有迭代子模块，所述迭代子模块根据所述点扩散模型对所述样品图像进行迭代，从而得到所述增强图像。

38、上述技术方案具有如下优点或有益效果：

39、针对现有技术中的荧光成像系统在校准过程中主要依赖于检测各荧光微球的三维光场分布，其处理过程相对复杂的问题，本方案通过对荧光微球的半峰全宽值进行检测，并用于对点扩散模型的构建过程，从而在实现较好的成像效果的同时，简化了处理过程，提高了处理效率。

技术特征：

1.一种图像增强方法，适用于宽场荧光成像系统，包括彼此连接的宽场荧光显微镜和计算机设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，于设置所述荧光微球之前，还采用所述宽场荧光显微镜对所述像平面采集背景图像；

3.根据权利要求1所述的图像增强方法，其特征在于，于所述宽场荧光显微镜采集微球图像的过程中，所述宽场荧光显微镜依次对所述荧光微球采集多张荧光图像；

4.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述计算机设备对所述微球图像进行处理的过程还包括：

5.根据权利要求4所述的构建方法，其特征在于，所述计算机设备对所述荧光微球进行筛选的过程还包括：

6.根据权利要求3所述的构建方法，其特征在于，所述计算机设备根据所述图像数据生成所述半峰全宽值的过程包括：

7.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述计算机设备对所述样品图像进行处理的过程包括：

8.一种宽场荧光成像系统，其特征在于，应用如权利要求1-7任意一项所述的图像增强方法，包括：

9.根据权利要求8所述的宽场荧光成像系统，其特征在于，所述计算机设备包括：

10.根据权利要求9所述的宽场荧光成像系统，其特征在于，所述图像增强模块中设置有迭代子模块，所述迭代子模块根据所述点扩散模型对所述样品图像进行迭代，从而得到所述增强图像。

技术总结
本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种图像增强方法及宽场荧光成像系统，包括：于宽场荧光显微镜的像平面上设置荧光微球，并采用宽场荧光显微镜对荧光微球采集微球图像；采用计算机设备对微球图像进行处理以得到荧光微球的半峰全宽值；于计算机设备中基于半峰全宽值构建点扩散模型；采用宽场荧光显微镜采集样品图像，随后采用计算机设备基于点扩散模型对样品图像进行处理以得到增强图像。有益效果在于：通过对荧光微球的半峰全宽值进行检测，并用于对点扩散模型的构建过程，从而在实现较好的成像效果的同时，简化了处理过程，提高了处理效率。

技术研发人员：刘炳宪,谢菊元,王焱辉,王克惠,黄涛
受保护的技术使用者：宁波江丰生物信息技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13