[发明专利]一种景深控制型超分辨率显微数字成像方法及系统

说明书

本发明涉及一种景深控制型超分辨率显微数字成像方法和系统，在通过标准白光下采集得第一图像的基础上，还包括通过所述显微镜成像传感器采集标本在中紫外光或远紫外光照射下的第二图像，建立关于第二图像的高斯核滤波图像，对所述第二图像中每一像素的Y值进行归一化处理，获得归一化后的Y值，结合第一图像原始参数获得目标图像。该系统包括显微镜成像传感器和标准白光照明组件，还包括紫外光源、控制单元和处理单元。通过本发明中的方法或系统，通过将紫外光环境下图像的Y通道解析力结合到标准白光下的图像中，实现了在不改变物镜数值孔径、不改变光学显微镜基本结构前提下，不仅能够提高其光学解析力，还能保持真彩色图像的色彩还原度。

技术领域

本发明涉及一种显微镜电子图像处理领域，具体涉及一种景深控制型超分辨率显微数字成像方法及系统。

背景技术

光学显微镜的成像分辨力(最小可分辨的物体尺寸)主要受到物镜光学解析力限制。其中，物镜的光学解析力由其数值孔径和光源波长共同决定，数值孔径越高、光源波长越短、解析力越强。但是，数值孔径不仅有物理极限(空气介质下不超过1)，而且提高其的成本很高；光源波长受到成像色彩范围限制，如果是典型的彩色图像，则必须选取400～700nm。因此，物镜光学解析力提升是困难的。

目前，提高光学显微镜图像分辨力的方法有CN106104356B、CN212276089U的共聚焦显微镜，本质是结构化光源和成像系统以抑制衍射，从结构、使用方法到成本超出了一般光学显微镜的结构范畴；或者类似CN112200152A的插值法，本质是对超分辨率细节的预测，存在很高的制造伪影、噪声风险，无法用于医学诊断。

另一方面，透射式显微镜(对应于反射式)的成像是样本切片垂直方向上所有物质遮挡光源效果的叠加。极薄的切片(如经由石蜡包埋技术制备，且切片均一度高的病理学切片，厚度10微米以下)可以视为厚度为0，但较厚的切片(如冰冻制片技术制备，可厚达50微米)的厚度不可忽略。当厚度较大，多层样本叠加时，显微镜成像的结果就是其模糊叠加的效果，会遮掩图像中的细节。前述共聚焦显微镜可以解决此问题，但其缺陷已在前文阐述。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种如何既不改变物镜数值孔径，也不改变光学显微镜基本结构的前提下，提高既有显微镜光学解析力的方法及系统。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案(一)是：一种景深控制型超分辨率显微数字成像方法，在通过显微镜成像传感器在标准白光下采集得第一图像的基础上，还包括以下特征步骤：

通过所述显微镜成像传感器采集标本在中紫外光或远紫外光照射下的第二图像，所述中紫外光或远紫外光的光源与所述显微镜成像传感器位于所述标本同一侧；

若所述采集得的所述第一图像为非YUV图像，将第一图像转换为YUV(亦称YCbCr)色域图像，第一图像中任一像素的Y值记为Y_1,x,y，所述第一图像中任一像素的U值记为U_1,x,y，所述第一图像中任一像素的V值记为V_1,x,y；

若所述采集得的所述第二图像为非YUV图像，将第二图像转换为YUV色域图像，第二图像中任一像素的Y值记为Y_2,x,y；

建立关于第二图像的高斯核滤波图像，即用二维高斯核矩阵与第二图像进行卷积运算，建立时所采用的高斯核矩阵计算方法为：已知传感器象元尺寸p纳米，物镜的红光解析力为q纳米，预设效正系数u，则高斯核半径r为(uq/p)个像素向上取整，所述高斯核滤波图像中的任一像素的Y值记为Y_Gaussian,x,y；

对所述第二图像中每一像素的Y值进行归一化处理，获得归一化后的Y值Y_norm,x,y；

通过所述Y_norm,x,y、U_1,x,y和V_1,x,y，获得目标图像。