[发明专利]一种基于多视场分割的显微图像复原方法有效

专利信息
申请号: 201911198038.3 申请日: 2019-11-29
公开(公告)号: CN111062895B 公开(公告)日: 2022-07-12
发明(设计)人: 毛磊;崔光茫;崔志英;邱元芳;张琦 申请(专利权)人: 宁波永新光学股份有限公司
主分类号: G06T5/20 分类号: G06T5/20;G06T7/11
代理公司: 宁波奥圣专利代理有限公司 33226 代理人: 程晓明
地址: 315040 浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 视场 分割 显微 图像 复原 方法
【权利要求书】:

1.一种基于多视场分割的显微图像复原价方法,其特征在于,包括如下步骤:

(1)显微图像多视场区域分割:将输入的待复原显微图像定义为g,其图像尺寸为M×N,对图像g进行多视场区域分割,将其分为3×3,共9个不同的矩形视场区域,其中分割原则是按照图像两条边长的和处为分割位置进行图像视场分割,将图像g分为三个类型图像分块:第一类:得到1个中心视场分块,大小为第二类:得到4个边界视场分块,其中2个边界视场分块大小为2个边界视场分块大小为第三类:得到4个边角视场分块,大小为

(2)初步估计各类型视场点扩散函数:针对步骤(1)中的三类分块区域,采用光学传递函数测试仪,测量得到显微物镜中心视场、边界视场和边角视场三个视场角度下的调制传递函数MTF测试数据,分别对应所拍摄图像中三个类型图像分块所在的视场角度,分为子午面MTF和弧矢面MTF,根据高斯模糊模型,估计高斯模糊核半径,估计得到三类分块区域对应视场的初步点扩散函数PSF,并将其作为模糊核先验信息引入后续复原过程,通过快速复原迭代,得到准确优化的模糊核结果和复原图像;

(3)建立梯度正则化约束复原方法,构建显微图像反卷积复原约束能量方程如下:

其中,g表示显微镜拍摄得到待复原图像,o表示复原后的清晰图像,H是步骤(2)得到的对应视场初步估计的点扩散函数PSF,J(o)表示复原后的清晰图像o的梯度正则化约束项,λ表示J(o)约束项正则化能量参数因子,其取值范围为[0.001,0.1],表示点扩散函数PSF能量约束因子,η表示对应的加权参数因子,取值范围为[0.01,0.1];

其中,梯度正则化约束项J(o)构建如下:

其中,q表示复原后的清晰图像o中的任意像素值,和分别是图像水平方向和竖直方向的一阶梯度算子,和分别为清晰图像o在像素q位置处的水平方向和竖直方向一阶梯度值,为清晰图像o在像素q位置处的一阶梯度值,count{}表示复原后的清晰图像o中一阶梯度不为0的像素个数;

对反卷积复原约束能量方程开展交替迭代求解,分别建立复原后的清晰图像o和点扩散函数H的交替求解分式,表示为:

对于复原后的清晰图像的求解,引入两个辅助参考变量(w,v),来交替迭代求解能量约束方程,将其改写为:

其中,J(w,v)=count{q||wq|+|vq|≠0},w和v分别对应是和的参考变量,wq和vq是第q个像素位置处所对应的参考变量,σ是辅助参考变量的平衡参数,初始σ0=2λ,每一次迭代σ是变化的,σi=uσi-1,其中i为迭代次数,u为伸缩系数,取值范围为[2,4], 通过交替迭代得到(w,v)和复原后的清晰图像o的解,具体步骤如下:

3-1)固定复原后的清晰图像o,迭代优化辅助参考变量(w,v),将能量方程改写为:

将上式改写为:

当|wq|+|vq|≠0时,η(|wq|+|vq|)=1;否则,η(|wq|+|vq|)=0,得到:

通过逐个像素计算得到(w,v);

3-2)固定辅助参考变量(w,v),迭代优化复原后的清晰图像o,将能量方程改写为:

对上式求导,即令得到

利用快速傅里叶变换,得到优化的复原后的清晰图像o,式中,T为转置;

结合交替迭代得到的图像o,构建针对PSF的梯度域的正则化表示形式:

同样通过求导,并利用快速傅里叶变换,得到优化的点扩散函数H;

通过上述交替迭代求解,最终得到复原的显微图像,将步骤(2)中初步估计得到的退化图像PSF的能量分布形式作为模糊核先验信息输入步骤(3)的求解过程,通过3-4次交替迭代,得到复原后的清晰图像o;

利用梯度正则化约束复原方法对各图像分块进行反卷积复原,得到各图像分块的复原后的清晰图像;

(4)分割块边界扩展,消除拼接缝:

根据步骤(1)的分块,将各分块边界外延扩展,使得相邻子块有一定的重叠区域,外延像素大小设置为[d/2]+1,d为反卷积PSF矩阵大小,[]表示近似取整操作;

(5)边界扩展过度区域像素值确定:

利用步骤(4)中的分块边界外延,确定显微图像各视场图像分块的区域大小,最后拼接得到整个视场的复原后的清晰图像。

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