多焦点多光子显微镜图像压缩与三维重建应用研究.pdf

多焦点多光子显微镜图像压缩与三维 重建应用研究 研究生：何峰 指导教师：王瑞荣副教授 D i s s e r t a t i o nS u b m i t t e dt oH a n g z h o uD i a n z iU n i v e r s i t y f o rt h eD e g r e eo fM a s t e r A S t u d y o nt h e A p p l i c a t i o no fC o m p r e s s i o n a n d a m DR e c o n s t r u c t i o nf o r I m a g e so f M u l t i f o c a lM u l t i p h o t o n M i c r o s c o p y C a n d i d a t e ：H EF e n g S u p e r v i s o r ：A s s o c i a t eP r o f ．W A N GR u i r o n g F e b r u a r y ，2 0 1 1 杭州电子科技大学 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得 的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的作品或成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 论文作一：了乃啐 日期：≯f 1 年弓月名日 学位论文使用授权说明 本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学本人保证毕业离校后，发表论文或 使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学学校有权保留送交论文的复印件， 允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其 它复制手段保存论文 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 指导教师签名： f 硝筛 砂嘶芬 日期：砂7 1 年) 月名日 日期：伽f f 年乡月塥 杭州电子科技大学硕士学位论文 摘要 多焦点多光子显微镜是一种强大的活体三维组织成像的显微镜技术之一它以近红外光 源更具穿透性、最小化的光损伤和光漂白效果成为了神经成像、肿瘤病理等领域的重要的应 用多焦点多光子显微镜图像的三维重建和压缩是它的广泛应用领域的一个重要组成部分。

通过多焦点多光子显微镜所成像的切片图像进行三维重建，可实时地将切片图像数据生成研 究人员所需要的生物组织的三维信息图像，以便于研究人员对生物组织进行分析与研究；多 焦点多光子显微镜成像的分辨率相当高，因此它的成像数据量非常巨大，图像压缩可将巨大 的数据量进行压缩，方便成像数据的存储与传输 由于多焦点多光子显微镜的特点与限制，它所采集的生物组织切片图像数据难免有噪声 或其他影响对切片图像预处理进行了研究，可改善成像图像的质量图像预处理包括图像 的滤波和灰度校正图像滤波使用了均值滤波、中值滤波和低通滤波，并对滤波效果做出了 比较；灰度校正方面提出了一种基于区域生长来分割图像背景，对感兴趣的目标组织进行灰 度校正的方法而三维重建技术则分为两类——体绘制与面绘制技术，该文详细阐述了R a y C a s t i n g 算法和M a r c h i n gC u b e s 算法的光学模型、基本原理和具体实现流程，并使用样本数据 进行绘制效果比较在图像数据的压缩部分，采用了有损压缩和无损压缩两个方面的经典算 法，即基于D C T 的J P E G 和H u f f i n a n 编码通过对多焦点多光予显微镜图像进行压缩实验， 将获取的压缩数据进行分析，对两种方法的压缩效果进行了比较和评价。

在前面的理论研究 基础上，通过利用中科院自动化所开发的医学图像工具包M I T K 的三维重建算法，并辅以 M F C 进行框架搭建，独立开发了多焦点多光子显微镜图像压缩与三维重建系统最后，使用 该系统完成对样本数据的实验 与M C 算法相比，基于R C 算法的体绘制方法更适用于多焦点多光子显微镜的样本数据； 图像压缩方面，H u f f m a n 编码的总体性能优于J P E G 关键字：多焦点多光子显微镜，图像预处理，三维重建，图像压缩，系统开发 c r o s c o p i ct e c h n o l o g i e sf o r w nm i n i m a lp h o t o d a m a g e a n dp h o t o b l e a c h i n ga n db e c o m ei m p o r t a n ta p p l i c a t i o n si nn e u r o n a li m a g i n g , t u I T l o rp h y s i o l o g y s t u d y , a n dS OO i l ．T h r e e - d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o na n di m a g ec o m p r e s s i o no fM M Mi m a g i n ga r e i m p o r t a n ti ni t sa p p l i c a t i o nf i e l d ．B yr e c o n s t r u c t i n gt h es l i c e so fM M M ，t h es l i c e sg e n e r a t e t h r e e - d i m e n s i o n a li m a g e sw h i c hr e s e a r c h e r sn e e d e di nr e a l - t i m e , S Ot h a tr e s e a r c h e r sc a na n a l y z e a n ds t u d yb i o l o g i c a lt i s s u e s ．I t sb e t t e rr e s o l u t i o nl e a d st h a tt h ei m a g ed a t ai sh u g ea m o u n t ．I m a g e c o m p r e s s i o nc a nb eu s e dt oc o m p r e s st h eh u g ea m o u n to fd a t af o ri m a g ed a t as t o r a g ea n d t r a n s m i s s i o n ． I nt e r m so ft h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dl i m i t a t i o n so fM M M ，t h ec o l l e c t e db i o l o g i c a lt i s s u es l i c e d a t ah a v en o i s eo ro t h e rb a de f f e c t si n e v i t a b l y ．T h es t u d yo fi m a g ep r e p r o c e s s i n gc a ni m p r o v et h e i m a g eq u a l i t y ．I m a g ep r e p r o c e s s i n go fM M M i n v o l v ei m a g ef i l t e r i n ga n dg r a yc o r r e c t i o n ．T h ef i l t e r e f f e c t sw e r em a d et h ec o m p a r i S O nb yu s i n gm e a nf i l t e r , m e d i a nf i l t e ra n dl o wp a s sf i l t e r ．Al 【i n do f g r a yc o r r e c t i o na p p r o a c hw a sp r o p o s e db a s e do nr e g i o ng r o w i n g t os e g m e n tt h ei m a g eb a c k g r o u n d b l o c kf r o mt h et a r g e tt i s s u e sa n dg e tR e g i o no fI n t e r e s t ．T h r e e - d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e si n c l u d et w oc l a s s e s —v o l u m er e n d e r i n ga n d 圈L L r f a c er e n d e r i n g ．T h e s et h e o r i e s a n d m e t h o d sw o r ed e s c r i b e di nd e t a i lt h a ta r eo p t i c a lm o d e l s ，b a s i cp r i n c i p l e sa n di m p l e m e n t a t i o n p r o c e s s e so ft h eR a yC a s t i n ga l g o r i t h ma n dM a r c h i n gC u b e sa l g o r i t h m ，a n dm a d e ac o m p a r i s o no f r e n d e r i n ge f f e c t sb yu s i n gt h es a m p l ed a t a ．T h e s em e t h o d sa r er e a d y f o rt h ef u t u r es y s t e m d e v e l o p m e n t ．I na s p e c to fi m a g ec o m p r e s s i o n , l o s s yc o m p r e s s i o na n dl o s s l e s sc o m p r e s s i o nw e r e u s e d ，s u c ha sD C T - b a s e dJ P E Ga n dH u f f i n a nc o d i n g ．I ne x p e r i m e n t so fi m a g ec o m p r e s s i o n ，t h e c o m p r e s s e dr e s u l to ft w om e t h o d sw e r ea n a l y z e da n dm a d et h ec o m p a r i s o na n de v a l u a t i o n ．B a s e d o np r e v i o u st h e o r e t i c a ls t u d y , M M Mi m a g ec o m p r e s s i o na n d3 Dr e c o m t r u c t i o ns y s t e mw a s d e v e l o p e db yu s i n gt h et h r e e - d i m e n s i o n a lr e c。