[发明专利]一种单分子荧光散焦图像处理方法

说明书

本发明涉及一种单分子荧光散焦图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：对薄膜样品中所有荧光分子的按曝光时间形成的散焦图像序列进行灰度化处理得到薄膜样品中所有荧光分子的灰阶图像序列；对灰阶图像序列进行图像切割处理得到每一荧光分子的灰阶图像序列；对每一灰阶图像序列依次进行去噪声和图像复原处理；对处理后的每一灰阶图像序列进行图像分割处理得到每一荧光分子的二值图像序列；将每一二值图像序列分别转化为一个椭圆，将每一椭圆的长轴与水平线的夹角作为该荧光分子在相应曝光时间所对应的转动角度；根据每一荧光分子的转动角度和每帧散焦图像的曝光时间，得到每一荧光分子的功率谱密度，本发明可广泛应用于荧光图像处理技术领域中。

技术领域

本发明涉及一种荧光图像处理方法，具体是关于一种单分子荧光散焦图像处理方法。

背景技术

玻璃化转变是凝聚态物理中未解的难题，对其本质目前尚没有一致的认识。单分子荧光方法被大家广泛用于研究玻璃化转变问题，尤其是在动力学非均匀性上，通过探测荧光分子的转动行为，可以间接地表征聚合物局域的动力学行为，但是由于受到荧光分子寿命和自相关分析方法的影响，目前的研究主要集中在过冷液体，对玻璃态体系的性质研究比较少，主要原因是缺乏一种有效地分析方法。在众多单分子荧光方法中，单分子荧光散焦成像方法主要具有两个优势，其一是可以实时追踪荧光分子的转动，通过分析散焦图像获得荧光分子的空间取向信息；其二是可以大范围同时观察很多荧光分子的转动，具有很强的空间分辨率。

用于单分子荧光方法的数字图像处理的优点包括：1)数字图像再现性好，在图像处理过程中，用户总是希望图像能承载更多信息，这就要求图像不会因存储、传输和复制等一系列操作而造成质量的退化，只要图像在数字化时准确地表现了原图，则数字图像处理过程始终能保持图像的再现。2)处理精度高，按照目前的技术，可将一幅图像数字化为任意大小的二维数组，对计算机而言，无论数组大小和每个像素的位数多少，处理程序基本相同。换句话说，从原理上不论图像的精度有多高，只要在处理时改变程序中的数组参数就可以实现其既定功能。3)适用面宽，图像信息源不会成为图像处理的障碍，可以是可见光图像、不可见的波谱图像、电子显微镜图像、航空照片、遥感图像或天文望远镜图像，来自不同信息源的图像只要转换成数字编码形式后，均由二维数组表示的灰阶图像组合而成，均可用计算机来处理。4)灵活性非常高，图像处理可分为图像的像质改善、图像分析等，每一部分均包含丰富多彩的内容，数字图像处理不仅可以完成线性运算且能实现非线性处理，可以用数学公式或逻辑关系来表达的一切运算均可以用数字图像处理实现。

但是由于现有技术中的软件均为通用软件，并未给这一类散焦图像的图像处理提供一个强有力的工具，不能将图像处理部分和频谱分析部分在同一个软件下实现既定功能，增加了工作周期，降低了工作效率，因此急需一种处理单分子荧光散焦图像的方法，以弥补传统通用软件的不足。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够减少工作周期、提高工作效率的单分子荧光散焦图像处理方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种单分子荧光散焦图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：对薄膜样品中所有荧光分子的按曝光时间形成的散焦图像序列进行灰度化处理，得到薄膜样品中所有荧光分子的灰阶图像序列；对所有荧光分子的灰阶图像序列进行图像切割处理，得到每一荧光分子的灰阶图像序列；对每一荧光分子的灰阶图像序列依次进行去噪声和图像复原处理；对处理后的每一荧光分子的灰阶图像序列进行图像分割处理，得到每一荧光分子的二值图像序列；将每一荧光分子的二值图像序列分别转化为一个椭圆，将每一椭圆的长轴与水平线的夹角作为该荧光分子在相应曝光时间所对应的转动角度；根据每一荧光分子的转动角度和每帧散焦图像的曝光时间，得到每一荧光分子随时间转动的随机信号序列，并对每一随机信号序列作快速傅里叶变换，得到每一荧光分子的功率谱密度。