[发明专利]一种脑部医学荧光视频图像修复方法

说明书

本发明涉及一种脑部医学荧光视频图像修复方法，步骤一，对脑部荧光视频图像的灰度值归一化处理并采用总变分正则化方法逐帧去噪声；步骤二，针对视频图像进行形态学顶帽运算，并保存每帧图像的最大和最小像素值；步骤三，采用正向线性对比度拉伸方法，最大像素值映射到1，最小像素值映射到0；步骤四，设置参考帧，对视频图像进行相对运动补偿，得到配准后图像；步骤五，最后进行逆向对比度线性拉伸后，采用一致参数对视频图像逐帧进行正向对比度线性拉伸，得到最终修复的视频图像。本发明针对视频图像进行有效的去噪声、消除非均匀背景荧光、对比度拉伸和帧间相对运动补偿综合处理，显著改善视频质量，提升后续信号处理过程的准确性。

技术领域

本发明涉及医学图像计算机处理技术领域，尤其涉及一种脑部医学荧光视频图像修复方法。

背景技术

特异性钙敏感探针荧光标记与光学显微成像技术相结合的方法已被广泛应用于脑部神经组织结构研究。以典型的小鼠脑部神经组织结构研究为例，在小鼠体内注射GCamp6病毒，其体内就会产生对钙离子浓度变化十分敏感的荧光信号，在小鼠头颅微创开孔，插入光纤并连接小型显微镜，就能对小鼠脑部荧光信号的变化进行实时采集，基于所得的视频图像进行信号分析，就能得到小鼠脑部钙离子的实时分布情况，从而为分析小鼠脑部神经组成结构及其内部物质的流动特点提供依据。

然而，由于上述研究方法需要使用光纤采集小鼠脑部荧光信号并输入显微镜系统，因此成像系统必须采用较小的数值孔径，极大限制了进入成像系统的光通量，由于荧光信号较弱，必须为成像器件设置较高的感光度，上述两方面原因使所得的视频图像极易受到噪声污染。此外，由于钙离子在脑部的广泛分布，会产生非均匀的背景荧光，进入成像系统后同样会降低有用信号的辨识度。此外，由于进行的是活体实验，在信号采集过程中小鼠处于活动状态，成像系统极易发生颤振，造成视频中图像帧间的相对平移、旋转和缩放。

上述这些因素都会严重降低视频质量，影响到后续的信号分析处理。因此，采用数字图像处理技术对所得的视频图像进行修复显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脑部医学荧光视频图像修复方法，利用它能够对视频图像进行有效的去噪声、消除非均匀背景荧光、对比度拉伸和帧间相对运动补偿综合处理，显著改善视频质量，提升后续信号处理过程的准确性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种脑部医学荧光视频图像修复方法，包括如下步骤：

步骤一，采集脑部荧光视频图像，并对视频图像的灰度值归一化处理后采用总变分正则化方法对视频图像逐帧去噪声；

步骤二，基于步骤一得到的视频图像进行形态学顶帽运算，去除均匀背景荧光，并保存每帧图像的最大像素值和最小像素值；

步骤三，采用正向线性对比度拉伸方法对图像进行对比度拉伸，使最大像素值映射到1，最小像素值映射到0；

步骤四，设置参考帧，采用增强型互相关方法对步骤三所得的视频图像进行相对运动补偿，得到配准后图像；

步骤五，针对配准后视频图像进行逆向对比度线性拉伸后，采用一致参数对视频图像逐帧进行正向对比度线性拉伸，得到最终修复的视频图像。

所述步骤二中视频图像进行形态学顶帽运算的表达式为：其中，h_t表示去除非均匀背景荧光的视频图像；u_t表示经总变分正则化方法去噪声后的视频图像；表示形态学开运算；b表示执行顶帽操作所需的结构元，其形状为圆形，半径r的取值范围为1≤r≤100。

所述步骤三中正向线性对比度拉伸方法的表达式为：其中，f_t表示正向线性对比度拉伸后的所得的视频图像；v_t和s_t分别表示h_t中每帧图像的最大像素值和最小像素值。