JP2020537162A - 画像再構成方法、装置及び顕微結像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
に従って、画像I1、画像I2、画像I3を再構成して、再構成後の画像Iを取得する。しかしながら、その再構成方法では、画像I1、画像I2、画像I3内の全ての画素のグレースケールを自乗平均根式で計算する必要がある。そのため、計算に時間がかかり、再構成された画像内の光学格子及び光ファイバ束(fiber bundle)のハニカム状グリッドが明らかに残り、結像品質が低下する。
1枚又は複数枚のサンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するステップと、
光ファイバの中心のグレースケール値を使用して空間補間を行って、再構成画像内の光ファイバ束の他の画素点のグレースケール値を取得し、前記再構成画像を形成するステップと、を含む。
均一な蛍光の光ファイバ束の原画像を取得するステップと、
前記原画像において、周囲の画素値よりも高い画素値を有する目標画素点を確認し、前記目標画素点を光ファイバ束の各光ファイバの中心位置として確定するステップとを更に含む。
1つの光学格子間隔距離範囲内で、予め設定されたステップサイズの間隔をおいた複数の光ファイバ束の画像を収集するステップと、
前記複数の光ファイバ束の画像に対してそれらの平均画像を取得し、前記均一な蛍光の光ファイバ束の原画像を形成するステップと、を含む。
各光ファイバの中心位置に基づいて、光ファイバ束の各画素点と各光ファイバの前記中心位置との間の補間重みを確定するステップを更に含む。
各光ファイバの中心位置、及び隣接する光ファイバの中心位置を頂点として、複数の三角形構造を形成し、
前記三角形構造に基づいて、各三角形構造内の画素点と各光ファイバの中心位置との間の補間重みを確定する。
予め設定された位相間隔に従って、1つの光学格子間隔距離内でN−1回移動して、初期位相を含む、前記初期位相から毎回前記予め設定された位相間隔を移動したN枚のサンプル画像を取得する。
各光ファイバの中心位置のグレースケール値に対して飽和度判断を行うステップと
前記サンプル画像において中心位置のグレースケール値が予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバがある場合、前記予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバを校正対象の光ファイバとして確定しており、
再構成画像で、前記校正対象の光ファイバの中心位置のグレースケール値を前記予め設定された飽和度閾値に校正し、校正された前記サンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するステップと、
前記サンプル画像において中心位置のグレースケール値が予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバがない場合、前記サンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するステップと、を更に含む。
各光ファイバの中心位置の前記複数枚のサンプル画像におけるグレースケール値の互いの差を計算し、得られた差の平方和を計算して平方を開いて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバ中心のグレースケール値を取得するステップを含む。
1枚又は複数枚のサンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するための計算モジュールと、
光ファイバの中心のグレースケール値を使用して空間補間を行って、再構成画像内の光ファイバ束の他の画素点のグレースケール値を取得し、前記再構成画像を形成するための形成モジュールと、を備える。
均一な蛍光の光ファイバ束の原画像を取得するための第1取得モジュールと、
前記原画像において、周囲の画素値よりも高い画素値を有する目標画素点を確認し、前記目標画素点を光ファイバ束の各光ファイバの中心位置として確定するための第1確定モジュールとを更に備える。
1つの光学格子間隔距離範囲内で、予め設定されたステップサイズの間隔をおいた複数の光ファイバ束の画像を収集するための収集サブモジュールと、
前記複数の光ファイバ束の画像に対してそれらの平均画像を取得し、前記均一な蛍光の光ファイバ束の原画像を形成するための形成サブモジュールと、を含む。
各光ファイバの中心位置に基づいて、光ファイバ束の各画素点と各光ファイバの前記中心位置との間の補間重みを確定するための第2確定モジュールを更に備える。
各光ファイバの中心位置、及び隣接する光ファイバの中心位置を頂点として、複数の三角形構造を形成し、前記三角形構造に基づいて、各三角形構造内の画素点と各光ファイバの中心位置との間の補間重みを確定するための第3確定モジュールを更に備える。
予め設定された位相間隔に従って、1つの光学格子間隔距離内でN−1回移動して、初期位相を含む、前記初期位相から毎回前記予め設定された位相間隔を移動したN枚のサンプル画像を取得するための第2取得モジュールを更に備える。
N=3である。
各光ファイバの中心位置のグレースケール値に対して飽和度判断を行うための判断モジュールと
前記サンプル画像において中心位置のグレースケール値が予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバがある場合、前記予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバを校正対象の光ファイバとして確定しており、再構成画像で、前記校正対象の光ファイバの中心位置のグレースケール値を前記予め設定された飽和度閾値に校正し、校正された前記サンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するための第1処理モジュールと、
前記サンプル画像において中心位置のグレースケール値が予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバがない場合、前記サンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するための第2処理モジュールと、を更に備える。
発光ユニットと、位相調節ユニットと、転向ユニットと、複数の光ファイバを含む光ファイバ束と、検出ユニットと、処理ユニットとを備え、
前記発光ユニットは、励起光を放射するために使用され、
前記位相調節ユニットは、前記励起光の光路の出口に設けられ、前記処理ユニットに接続され、前記処理ユニットによって送信された位相調節量に従って、前記励起光の位相を調節して、異なる位相の励起光を取得するために使用され、
前記転向ユニットは、異なる位相の励起光を転向させて、転向後の励起光を前記光ファイバ束に沿って検出される組織に集光し、前記検出される組織によって返される異なる位相の蛍光を通過するために使用され、
前記検出ユニットは、異なる位相の蛍光を収集して、複数枚のサンプル画像を形成するために使用され、
前記処理ユニットは、前記検出ユニットに接続され、前記複数枚のサンプル画像を受信し、複数枚のサンプル画像で確定された前記光ファイバ束の各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算しており、光ファイバの中心のグレースケール値を使用して空間補間を行って、再構成画像内の光ファイバ束の他の画素点のグレースケール値を取得し、前記再構成画像を形成するために使用される。
前記モーターは、前記処理ユニット及び前記光学格子にそれぞれ接続され、前記処理ユニットによって送信された位相調節量に従って、前記光学格子をドラッグして移動させて、前記励起光が前記光学格子を透過した後に前記位相調節量に対応する励起光を取得するために使用される。
それに対応して、前記処理ユニットは、予め設定された位相間隔に従って等間隔の位相調節量を確定し、前記直流モーターは、前記等間隔の位相調節量を受信し、前記光学格子をドラッグして、1つの光学格子間隔範囲内で等間隔距離移動させ、それにより、前記処理ユニットは前記予め設定された位相間隔に対応する複数枚のサンプル画像を取得する。
式では、mは変調コントラスト(modulation contrast)である。
は正規化された空間周波数であり、
値が変更された後、異なる深さ(軸方向の深さ、axial depth)の画像のセクショニングを実現するために使用され得る。βは試料平面(specimen plane)とグリッド平面(grid plane)との間の拡張倍率であり、λは波長であり、vは実際の空間周波数であり、NAは開口数(numerical aperture )である。
ステップ101では、1枚又は複数枚のサンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算する。
ステップ301では、均一な蛍光の光ファイバ束の原画像を取得する。
ステップ302では、原画像において、周囲の画素値よりも高い画素値を有する目標画素点を確認し、目標画素点を光ファイバ束の各光ファイバの中心位置として確定する。
に基づいて、3枚のサンプル画像内の3つの中心のグレースケール値の2つごとの差を計算し、差値を2乗し、2乗された差値を加算してから平方根を求める。それにより、再構成画像内の光ファイバの中心のグレースケール値を算出する。
を使用して再構成画像の中心点のグレースケール値を計算する代わりに、4095の予め設定された飽和度閾値を該中心点のグレースケール値として直接素量する。このような処理は、サンプル画像と再構成された構造化光画像が視覚的に白黒反転になるという問題を回避する。しかしながら、このような処理は、やむを得ず採用される救済措置であり、当業者にとっては、サンプル画像を収集するときの画像飽和の問題を回避するように努めるべきである。例えば、カメラパラメータの露出時間が長すぎることやゲインが過剰になることを回避する措置、試料の蛍光染色物質が多すぎることを回避する措置、レーザーから放出されたレーザー光の光強度が強すぎることを回避する措置などを採用してもよい。
の値が予め設定された飽和度閾値を超えた場合、この光ファイバを校正対象の光ファイバとして確定し、予め設定された飽和度閾値をこの光ファイバの中心位置のグレースケール値として使用する。これにより、サンプル画像の飽和校正が実現される。
1枚又は複数枚のサンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するための計算モジュール1と、
光ファイバの中心のグレースケール値を使用して空間補間を行って、再構成画像内の光ファイバ束の他の画素点のグレースケール値を取得し、再構成画像を形成するための形成モジュール2と,
を備える。
均一な蛍光の光ファイバ束の原画像を取得するための第1取得モジュール3と、
原画像において、周囲の画素値よりも高い画素値を有する目標画素点を確認し、目標画素点を光ファイバ束の各光ファイバの中心位置として確定するための第1確定モジュール4とを更に備える。
1つの光学格子間隔距離範囲内で、予め設定されたステップサイズの間隔をおいた複数の光ファイバ束の画像を収集するための収集サブモジュール31と、
複数の光ファイバ束の画像に対してそれらの平均画像を取得し、均一な蛍光の光ファイバ束の原画像を形成するための形成サブモジュール32と、を含む。
各光ファイバの中心位置に基づいて、光ファイバ束の各画素点と各光ファイバの中心位置との間の補間重みを確定するための第2確定モジュール5を更に備える。
各光ファイバの中心位置、及び隣接する光ファイバの中心位置を頂点として、複数の三角形構造を形成し、三角形構造に基づいて、各三角形構造内の画素点と各光ファイバの中心位置との間の補間重みを確定するための第3確定モジュール6を更に備える。
予め設定された位相間隔に従って、1つの光学格子間隔距離内でN−1回移動して、初期位相を含む、初期位相から毎回予め設定された位相間隔を移動したN枚のサンプル画像を取得するための第2取得モジュール7を更に備える。
各光ファイバの中心位置のグレースケール値に対して飽和度判断を行うための判断モジュール8と、
サンプル画像において中心位置のグレースケール値が予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバがある場合、予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバを校正対象の光ファイバとして確定しており、再構成画像で、校正対象の光ファイバの中心位置のグレースケール値を予め設定された飽和度閾値に校正し、校正されたサンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するための第1処理モジュール9と、
サンプル画像において中心位置のグレースケール値が予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバがない場合、サンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するための第2処理モジュール10と、を更に備える。
発光ユニット01は、励起光を放射するために使用される。
位相調節ユニット02は、励起光の光路の出口に配置され、処理ユニット06に接続され、処理ユニット06によって送信された位相調節量に従って、励起光の位相を調節して、異なる位相の励起光を取得するために使用される。
転向ユニット03は、異なる位相の励起光を転向させて、転向後の励起光を光ファイバ束04に沿って検出対象の組織に集光し、検出対象の組織によって返される異なる位相の蛍光を通過させるために使用される。
検出ユニット05は、異なる位相の蛍光を収集して、複数のサンプル画像を形成するために使用される。
処理ユニット06は、検出ユニット05に接続され、複数のサンプル画像を受信し、複数のサンプル画像で確定された光ファイバ束の各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算しており、光ファイバの中心のグレースケール値を使用して空間補間を行って、再構成画像内の光ファイバ束の他の画素点のグレースケール値を取得し、再構成画像を形成するために使用される。
モーター021は、処理ユニット06及び光学格子022にそれぞれ接続され、処理ユニット06から送信された位相調節量に従って、光学格子022をドラッグして移動させて、励起光が光学格子022を透過した後に位相調節量に対応する励起光を取得するために使用される。
Claims (27)
- 画像再構成方法であって、
1つ又は複数のサンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するステップと、
光ファイバの中心のグレースケール値を使用して空間補間を行って、再構成画像内の光ファイバ束の他の画素点のグレースケール値を取得して、前記再構成画像を形成するステップと、を含むことを特徴とする方法。 - 均一な蛍光の光ファイバ束の原画像を取得するステップと、
前記原画像において、周囲の画素値よりも高い画素値を有する目標画素点を確認し、前記目標画素点を光ファイバ束の各光ファイバの中心位置として確定するステップとを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 均一な蛍光の光ファイバ束の原画像を取得する前記ステップは、
1つの光学格子間隔距離範囲内で、予め設定されたステップサイズの間隔をおいた複数の光ファイバ束の画像を収集するステップと、
前記複数の光ファイバ束の画像に対してそれらの平均画像を取得し、前記均一な蛍光の光ファイバ束の原画像を形成するステップと、を含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。 - 前記空間補間を行う前に、
各光ファイバの中心位置に基づいて、光ファイバ束の各画素点と各光ファイバの前記中心位置との間の補間重みを確定するステップを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 各光ファイバの中心位置、及び隣接する光ファイバの中心位置を頂点として、複数の三角形構造を形成し、
前記三角形構造に基づいて、各三角形構造内の画素点と各光ファイバの中心位置との間の補間重みを確定することによって、前記補間重みを確定するステップを更に含むことを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 予め設定された位相間隔に従って、1つの光学格子間隔距離内でN−1回移動して、初期位相を含む、前記初期位相から毎回前記予め設定された位相間隔を移動したN枚のサンプル画像を取得することによって、複数枚のサンプル画像を取得するステップを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記予め設定された位相間隔は120度であり、
N=3であることを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 前記1つ又は複数のサンプル画像で各光ファイバの中心位置のグレースケール値を確定する前記ステップの後に、
各光ファイバの中心位置のグレースケール値に対して飽和度判断を行うステップと
前記サンプル画像において中心位置のグレースケール値が予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバがある場合、前記予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバを校正対象の光ファイバとして確定しており、
再構成画像で、前記校正対象の光ファイバの中心位置のグレースケール値を前記予め設定された飽和度閾値に校正し、校正された前記サンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するステップと、
前記サンプル画像において中心位置のグレースケール値が予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバがない場合、前記サンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するステップと、を更に含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 複数のサンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算する前記ステップは、
各光ファイバの中心位置の前記複数のサンプル画像におけるグレースケール値の互いの差を計算し、得られた差の平方和を計算して平方を開いて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバ中心のグレースケール値を取得するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 画像再構成装置であって、
1つ又は複数のサンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するための計算モジュールと、
光ファイバの中心のグレースケール値を使用して空間補間を行って、再構成画像内の光ファイバ束の他の画素点のグレースケール値を取得し、前記再構成画像を形成するための形成モジュールと、を備えることを特徴とする装置。 - 均一な蛍光の光ファイバ束の原画像を取得するための第1取得モジュールと、
前記原画像において、周囲の画素値よりも高い画素値を有する目標画素点を確認し、前記目標画素点を光ファイバ束の各光ファイバの中心位置として確定するための第1確定モジュールとを更に備えることを特徴とする請求項10に記載の装置。 - 前記第1取得モジュールは、
1つの光学格子間隔距離範囲内で、予め設定されたステップサイズの間隔をおいた複数の光ファイバ束の画像を収集するための収集サブモジュールと、
前記複数の光ファイバ束の画像に対してそれらの平均画像を取得し、前記均一な蛍光の光ファイバ束の原画像を形成するための形成サブモジュールと、を含むことを特徴とする請求項11に記載の装置。 - 各光ファイバの中心位置に基づいて、光ファイバ束の各画素点と各光ファイバの前記中心位置との間の補間重みを確定するための第2確定モジュールを更に備えることを特徴とする請求項10に記載の装置。
- 各光ファイバの中心位置、及び隣接する光ファイバの中心位置を頂点として、複数の三角形構造を形成し、前記三角形構造に基づいて、各三角形構造内の画素点と各光ファイバの中心位置との間の補間重みを確定するための第3確定モジュールを更に備えることを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 予め設定された位相間隔に従って、1つの光学格子間隔距離内でN−1回移動して、初期位相を含む、前記初期位相から毎回前記予め設定された位相間隔を移動したN枚のサンプル画像を取得するための第2取得モジュールを更に備えることを特徴とする請求項10に記載の装置。
- 前記予め設定された位相間隔は120度であり、
N=3であることを特徴とする請求項15に記載の装置。 - 各光ファイバの中心位置のグレースケール値に対して飽和度判断を行うための判断モジュールと
前記サンプル画像において中心位置のグレースケール値が予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバがある場合、前記予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバを校正対象の光ファイバとして確定しており、再構成画像で、前記校正対象の光ファイバの中心位置のグレースケール値を前記予め設定された飽和度閾値に校正し、校正された前記サンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するための第1処理モジュールと、
前記サンプル画像において中心位置のグレースケール値が予め設定された飽和度閾値を超えた光ファイバがない場合、前記サンプル画像で確定された各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算するための第2処理モジュールと、を更に備えることを特徴とする請求項10に記載の装置。 - 前記計算モジュールは、具体的には各光ファイバの中心位置の前記複数のサンプル画像におけるグレースケール値の互いの差を計算し、得られた差の平方和を計算して平方を開いて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバ中心のグレースケール値を取得するために使用されることを特徴とする請求項10に記載の装置。
- 顕微結像装置であって、発光ユニットと、位相調節ユニットと、転向ユニットと、複数の光ファイバを含む光ファイバ束と、検出ユニットと、処理ユニットとを備え、
前記発光ユニットは、励起光を放射するために使用され、
前記位相調節ユニットは、前記励起光の光路の出口に設けられ、前記処理ユニットに接続され、前記処理ユニットによって送信された位相調節量に従って、前記励起光の位相を調節して、異なる位相の励起光を取得するために使用され、
前記転向ユニットは、異なる位相の励起光を転向させて、転向後の励起光を前記光ファイバ束に沿って検出される組織に集光し、前記検出される組織によって返される異なる位相の蛍光を通過するために使用され、
前記検出ユニットは、異なる位相の蛍光を収集して、複数のサンプル画像を形成するために使用され、
前記処理ユニットは、前記検出ユニットに接続され、前記複数のサンプル画像を受信し、複数のサンプル画像で確定された前記光ファイバ束の各光ファイバの中心位置のグレースケール値に基づいて、再構成画像内の光ファイバ束の各光ファイバの中心のグレースケール値を計算しており、光ファイバの中心のグレースケール値を使用して空間補間を行って、再構成画像内の光ファイバ束の他の画素点のグレースケール値を取得し、前記再構成画像を形成するために使用されることを特徴とする顕微結像装置。 - 前記位相調節ユニットはモーターと光学格子を含み、
前記モーターは、前記処理ユニット及び前記光学格子にそれぞれ接続され、前記処理ユニットによって送信された位相調節量に従って、前記光学格子をドラッグして移動させて、前記励起光が前記光学格子を透過した後に前記位相調節量に対応する励起光を取得するために使用されることを特徴とする請求項19二記載の装置。 - 前記モーターは直流モーターを含み、
それに対応して、前記処理ユニットは、予め設定された位相間隔に従って等間隔の位相調節量を確定し、前記直流モーターは、前記等間隔の位相調節量を受信し、前記光学格子をドラッグして、1つの光学格子間隔範囲内で等間隔距離移動させ、それにより、前記処理ユニットは前記予め設定された位相間隔に対応する複数のサンプル画像を取得することを特徴とする請求項20に記載の装置。 - 前記予め設定された位相間隔は120度であり、前記位相調節量は3個であることを特徴とする請求項21に記載の装置。
- 前記発光ユニットは、励起光を放射するためのレーザーを含み、さらに、前記レーザーの励起光の出口に設けられ、前記励起光の光束を拡張して線状光束に1次元集光するための光束拡張線集束装置を含むことを特徴とする請求項19に記載の装置。
- 前記転向ユニットは、ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項19に記載の装置。
- 光フィルターを更に備え、前記光フィルターは、前記位相調節ユニットと前記転向ユニットとの間に配置され、迷光を除去するために使用されることを特徴とする請求項19に記載の装置。
- 前記検出ユニットは電荷結合素子CCDを含むことを特徴とする請求項19に記載の装置。
- 複数のレンズからなる対物レンズを更に備え、前記対物レンズは、前記転向ユニットと前記光ファイバ束との間に配置され、前記転向ユニットによって転向した励起光を集光処理するために使用されることを特徴とする請求項19に記載の装置。
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