[发明专利]基于傅里叶功率谱的冷冻电镜单颗粒图像配准方法

权利要求书

1.一种基于傅里叶功率谱的冷冻电镜单颗粒图像配准方法，其特征在于，通过对待测冷冻电镜单颗粒图片集进行功率谱高通滤波器参数估计，对于两张需要进行配准的冷冻电镜单颗粒图像，分别计算其傅里叶功率谱并根据估计所得参数进行高通滤波得到对应功率谱，并提取特征点，根据特征点对待配准图像进行反旋转后对图像进行矫正；基于傅里叶功率谱的旋转周期性，再次根据特征点计算另一相对旋转角后进行相对反旋转和相对矫正，最后根据矫正以及相对矫正得到的矫正图像与目标图像进行相似性计算，取相似性最高的矫正图像作为配准参数结果；

所述的反旋转是指：对于两张需要进行配准的冷冻电镜单颗粒图像，根据特征点的相对方位，计算特征点的相对旋转角度α₀，并据此对一张冷冻电镜单颗粒图像进行反旋转，得到两张仅存在平移变换的冷冻电镜单颗粒图像；

所述的相对反旋转是指：对于两张需要进行配准的冷冻电镜单颗粒图像，选取相对旋转角为α₁＝(α₀+180°)％360°，并据此对一张冷冻电镜单颗粒图像进行反旋转，得到两张仅存在平移变换的冷冻电镜单颗粒图像，其中：％是指取余运算；

所述的矫正是指：通过傅里叶空间的平移配准计算两张反旋转后的图片的平移参数Δx₀，Δy₀，并根据α₀，Δx₀，Δy₀对图像进行矫正得矫正后图像I′₁，其中：傅里叶空间的平移配准为F₁(u,v)和F₂(u,v)分别是两张图像的傅里叶变换，u,v是频域坐标，|·|表示取幅值操作，*表示复数共轭，表示傅里叶反变换，δ(x+Δx，y+Δy)是位于(Δx，Δy)处的冲激函数，通过求解冲击函数最大值位置即可找到两张冷冻电镜单颗粒图像间的平移量，通过平移实现矫正；

所述的相对矫正是指：通过傅里叶空间的平移配准计算两张图片的平移参数Δx₁，Δy₁，并根据α₁，Δx₁，Δy₁对图像进行矫正得矫正后图像I″₁。

2.根据权利要求1所述的基于傅里叶功率谱的冷冻电镜单颗粒图像配准方法，其特征是，所述的功率谱高通滤波器参数估计是指：利用配准算法在随机挑选的小样本数据集上进行配准精度评估，选取最佳的功率谱高通滤波器参数，即功率谱域滤波半径r作为后续完整配准过程的方法参数。

3.根据权利要求2所述的基于傅里叶功率谱的冷冻电镜单颗粒图像配准方法，其特征是，所述的配准精度评估是指：将小样本数据集上的所有数据向指定图像进行配准， 并计算所有配准过后的图像与指定图像的相似度的均值作为精度指标，该精度指标采取相关熵其中：P，Q分别为两幅冷冻电镜单颗粒图像，m,n分别为其高度与宽度，e为自然对数，P_ij,Q_ij为两幅图像位于(i,j)处的像素值，σ为给定参数。

4.根据权利要求1所述的基于傅里叶功率谱的冷冻电镜单颗粒图像配准方法，其特征是，所述的待配准图像的傅里叶功率谱P(u,v)＝|F(u,v)|²，其中：F(u,v)是图像的傅里叶变换，u,v是频域坐标，|·|表示取幅值操作，P(u,v)是图像的功率谱，对于两张需要进行配准的冷冻电镜单颗粒图像I₁、I₂，分别计算其傅里叶功率谱并根据估计所得参数进行高通滤波得到对应功率谱P₁、P₂。

5.根据权利要求1所述的基于傅里叶功率谱的冷冻电镜单颗粒图像配准方法，其特征是，所述的提取特征点是指：对两个傅里叶功率谱P₁、P₂，寻找满足条件的局部极大值，计算其邻域的重心作为特征点，其中：邻域为位于局部极大值邻近区域且幅度不低于局部极大值的一定比例的傅里叶功率谱点集，邻域的重心其中：U(m)为局部极大值的邻域，p_ij为位于(i,j)处的像素值，gx、gy为重心的横纵坐标。