上海光機(jī)所提出一種去除熒光成像背景的新方法

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于前景目標(biāo)估計(jì)的去除背景的新方法，相關(guān)研究成果以“Background-free wide-field fluorescence imaging using edge detection combined with HiLo”為題發(fā)表于Journal of Biophotonics。

寬場熒光顯微鏡在生物成像中起著十分重要的作用，但在三維成像中，往往存在著難以避免的背景的干擾，這導(dǎo)致了圖像信噪比的降低。目前常規(guī)的去背景技術(shù)可分為通過硬件光路和軟件算法兩大類，其中硬件方法雖然可以提供令人滿意的結(jié)果，但面臨著成本高，靈活性低，拓展性不足等缺點(diǎn)。因此通過軟件算法實(shí)現(xiàn)背景去除是值得探索的熱點(diǎn)方向，現(xiàn)有的軟件算法主流思路是首先通過估計(jì)背景，然后減去背景從而獲得想要的無背景圖像。

研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于邊緣檢測與虛擬HiLo技術(shù)相結(jié)合的背景去除方法（V-HiLo-ED），不同于現(xiàn)有的主流算法（如小波變換，滾球算法等），本方法首次通過估計(jì)前景目標(biāo)直接重構(gòu)出了無背景圖像，其相較于主流軟件算法在信噪比方面的提升超過30%，同時與共聚焦顯微鏡，結(jié)構(gòu)光顯微鏡等硬件方法相比展現(xiàn)出近乎一致的背景抑制效果。本方法在實(shí)驗(yàn)中還體現(xiàn)了其靈活的拓展能力，通過與光片顯微鏡結(jié)合進(jìn)一步提升了光片顯微鏡的背景抑制能力。本方法的應(yīng)用潛力不僅限于上述場景，其在所有寬場成像場景如內(nèi)窺鏡等均有應(yīng)用價值。

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圖1.V-HiLo-ED算法的整體思路

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圖2 .（A）寬場顯微圖像；（B）邊緣檢測結(jié)果；（C）低頻成分Lo；（D）高頻成分Hi；（E）最終的去背景圖像；（A1-A2）圖A中位置1和位置2的局部放大圖像；（E1-E2）圖E中位置1和位置2的局部放大圖像。

相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金，上海市自然科學(xué)基金，上海市港澳臺合作項(xiàng)目等項(xiàng)目支持。