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激光共焦扫描显微镜系统中显微图像处理的研究

作　者: 黄琳
导　师: 陶纯堪
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光共焦扫描显微镜图像复原图像滤波图像增强三维重构
分类号: TN249
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 418次
引　用: 3次
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内容摘要

激光共焦扫描显微镜作为一种具有高纵深分辨率的现代显微成像设备，在生物医学等领域中具有重要的应用价值。它可用于细胞和组织的形态检测和定位、立体结构重组、动态变化过程的研究，为定量荧光测定、定量图像分析等提供了研究手段。为了充分发挥激光共焦扫描显微镜的优势，需要在显微图像处理技术方面进行研究，以建立一个基于激光共焦扫描显微镜的图像处理技术平台，为生物医学显微图像的分析提供强大的支持。本文在显微图像复原、显微图像的滤波、增强处理以及序列断层图像的三维重构等方面开展了深入的研究，完成了整个软件系统的开发工作。主要研究工作包括以下几个方面：点扩展函数的估计对图像复原具有重要的作用，本文根据误差曲线估算了点扩展函数的参数，并由此实现了激光共焦扫描显微图像的复原；根据激光共焦扫描显微镜采集到的显微图像具有丰富细节的特点，改进了NAS-RIF算法，实现了细节特征明显的显微图像的复原。深入分析了图像滤波、图像增强算法，为了尽量不损害图像中的边缘信息及各种细节，提出并实现了根据显微图像特点设计的基于自适应的非线性滤波算法、累积增强算法以及空间混合图像增强算法。研究了三维数据场可视化的两类典型的绘制方法，在激光共焦扫描显微镜系统中，根据检测精细物体表面信息的特点提出了一种新的三维重构面绘制算法，较传统的面绘制算法，表面的构造更加简洁，只需要高度信息，便可构造出表面并显示出生动的三维图形；介绍了体绘制重构算法，在激光共焦扫描显微镜系统的三维重构中，采用了基于光线投射的技术，为提高算法的处理速度，在投影时引入了错切-变换算法的思想，较好地实现了序列断层图像的三维重构。在解决以上问题的基础上，结合大量的图像处理理论和技术，完成了激光共焦扫描显微镜软件系统的设计。通过对实际的激光共焦扫描显微镜采集到的显微图像处理，证明了其理论意义和应用价值，为深入开展生物医学分析工作创造了条件。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 绪论  11-22
  1.1 引言  11-12
  1.2 激光共焦扫描显微术的发展  12-13
  1.3 论文的主要研究内容  13-20
    1.3.1 LCSM系统显微图像复原  14-16
    1.3.2 LCSM系统显微图像滤波与增强处理  16-18
    1.3.3 LCSM系统序列断层图像的三维重构  18-20
  1.4 论文的创新点  20
  1.5 论文的内容安排  20-22
2 LCSM成像原理及系统结构  22-32
  2.1 LCSM成像原理及其高分辨率  22-27
    2.1.1 LCSM成像系统原理  22-24
    2.1.2 LCSM的高分辨率  24-26
    2.1.3 LCSM的信息量  26-27
  2.2 LCSM系统结构  27-30
  2.3 LCSM的特点  30-31
  2.4 本章小结  31-32
3 LCSM系统中的图像复原  32-52
  3.1 图像的退化模型  32-33
  3.2 图像复原中的病态特征  33-34
  3.3 图像复原中的正则化处理  34
  3.4 常用的图像复原方法  34-41
    3.4.1 逆滤波  35
    3.4.2 Wiener滤波复原法  35-36
    3.4.3 增量Wiener滤波复原法  36-37
    3.4.4 约束最小二乘滤波复原法  37-38
    3.4.5 盲图像复原  38-41
  3.5 LCSM系统中基于误差曲线的盲复原  41-46
    3.5.1 复原算法  41-42
    3.5.2 基于误差曲线的PSF的估计  42-46
  3.6 LCSM系统中基于NAS-RIF的复原算法  46-51
    3.6.1 NAS-RIF算法简介  46-48
    3.6.2 LCSM中NAS-RIF算法的改进  48-51
  3.7 本章小结  51-52
4 LCSM中断层图像的处理技术  52-75
  4.1 LCSM中断层图像的滤波处理  52-67
    4.1.1 常用的滤波算法  52-55
    4.1.2 基于各向异性扩散的非线性滤波  55-67
  4.2 LCSM中断层图像的增强处理  67-74
    4.2.1 基于灰度变换的对比度增强技术  67-69
    4.2.2 直方图均衡化  69-70
    4.2.3 图像锐化  70-71
    4.2.4 累积扫描以增强图像信号的处理  71-73
    4.2.5 LCSM系统中的混合图像增强  73-74
  4.3 本章小结  74-75
5 LCSM系统中的三维重构  75-96
  5.1 引言  75-76
  5.2 面绘制  76-85
    5.2.1 MC算法的基本原理  76-81
    5.2.2 LCSM中基于高度信息的面绘制  81-85
  5.3 体绘制  85-93
    5.3.1 体绘制技术的基本原理  85-86
    5.3.2 体光照模型  86-88
    5.3.3 光线投射体绘制算法  88-89
    5.3.4 足迹表法算法  89-91
    5.3.5 错切-变形算法  91-93
  5.4 LCSM中三维重构的实现  93-94
  5.5 本章小结  94-96
6 LCSM软件系统  96-102
  6.1 系统控制  96
  6.2 图像采集  96-97
  6.3 图像分析与处理  97-101
  6.4 本章小结  101-102
7 结论  102-103
致谢  103-105
参考文献  105-113
攻读博士学位期间发表的论文  113

激光共焦扫描显微镜系统中显微图像处理的研究

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