Презентации лекций (1125719), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Виньетированием можно практически пренебречь,когда поле зрения камеры составляет не более 1/3 видимогополя зрения. При больших размерах необходима коррекция.Она проводится через коррекцию на плоское поле (flat-fieldcorrection) или более сложными способами.Коррекция на плоское поле увеличивает шум, обусловленныйсобственными параметрами камеры. Поэтому ее применениево флуоресцентной микроскопии нежелательно.Арифметические операции сизображениямиАрифметические операции означают попиксельное преобразование.Оно эффективно только в 16-и или 32-х битной шкале серого.Поскольку результирующее значение не может быть отрицательными не может выходить за пределы заданного диапазона, топрименяются корректирующие константы.Сумма изображений – прямая: I1+I2= Iрез.Разность изображений: I1-I2+const.= Iрез.Частное изображений: I1/I2*const.= Iрез.Произведение изображений: I1*I2/const.= Iрез.Коррекция фона – вычитание или деление изображений.Вычитание фонаПроцедура вычитания фона применяется при флуоресцентноймикроскопии в случаях неравномерного освещения кадра.Для вычитания используется изображение, записанное с тойже экспозицией, что и в опыте, но полученное с участка, несодержащего флуоресцирующих структур.Вычитание фона не может быть применено длясветлопольного, фазовоконтрастного и DIC изображений.Для исправления неравномерности фона, наблюдаемой призаписи светлопольного, фазовоконтрастного и DICизображений, применяется коррекция на плоское поле зрения(flat-filed correction).Коррекция на «плоскоеполе зрения»Коррекция на плоское поле зрения позволяет удалить изизображения значительные неоднородности изображения,вызванные:(а) неравномерностью освещения препарата; (б) наличиемзагрязнений в оптическом пути микроскопа; (в) наличиемзагрязнений на окне камеры.Коррекция эффективна в тех случаях, когда интенсивностьосвещения велика, и велика неоднородность фона (например,при фазовом контрасте, DIC).При коррекции на плоское поле зрения уменьшается отношениесигнал/шум для участков с равномерным фоном за счет того,что собственный шум камеры учитывается два раза.

Поэтомуона малоэффективна для флуоресцентных изображений.Опорное изображение для коррекциина «плоское поле зрения»Для коррекции на плоское поле зрения в проходящем светенеобходимо найти область препарата, полностью свободнуюот загрязнений и от каких-либо структур.Часто это невозможно, тогда в качестве суррогата используютсильно дефокусированное изображение с максимальнооднородной области препарата.В режиме флуоресценции фотографируется стандартныйгомогенно флуоресцирующей препарат (например, урановоестекло, кювета с красителем) или равномерный фон на стекле.Для уменьшения шума необходимо сделать несколько кадров снебольшим сдвигом (не менее 15 для флуоресцентногопрепарата и не менее 3 для светлого поля), и затем ихусреднить перед преобразованием.

Это помогает уменьшитьдробовый шум и шум считывания.Коррекция на «плоское поле»(flat-field correction)При неравномерном освещении поля зрения делаетсяконтрольный снимок – участок, где нет препарата.Коррекция состоит в том, что полученное изображение делятна изображение фона:Iиз./ Iфон * const. = Iрез.Величина множителя (const.) определяется как средняяинтенсивность изображения. Операция проводится в 16-ибитном пространстве.Яркость и контрастИзменения яркости приводят к объединению черных(затемнение) или белых (осветление) уровней на краяхгистограммы.

Данное преобразование наиболее эффективнодля фазового контраста и DIC, а также полезно для«осветления» флуоресцентных изображений.Увеличение контраста (увеличение угла наклона на графикевходящие-выходящие уровни) приводит к резкомурасширению гистограммы яркости, и, соответственно, кпоявлению гомогенных областей. Поэтому увеличениеконтраста более эффективно в пространстве, превышающем8 бит. Однако это возможно далеко не во всех программах пообработке изображения.Изменение яркости и контраста осуществляется более точно в16-и битном пространстве, в частности, путем установкиверхнего и нижнего уровней воспроизведения (min./max.).Настройка яркости и контрастаДля настройки параметров изображения используетсягистограмма яркости.Если гистограмма яркости, соответствующая препарату, узкая,то первое, что необходимо сделать – растянуть гистограммутак, чтобы самые светлые и самые темные областиизображения соответствовали уровням примерно 240 и 20 (в8-и битной шкале).На следующем этапе (к растянутой гистограмме) применяютсяизменения яркости и контраста.В небольших пределах они, как правило, не приводят к потереполезной информации.Коррекция яркости и контрастаисходноегамма +яркость +яркость +контраст +Усиление фазовогоконтрастаИсходныйУсиление в 50 разГамма-коррекцияГамма коррекция – нелинейное преобразование, котороеприводит к растяжению одной части гистограммы и сжатиюдругой части.

Гамма меньше 1 – растяжение светлых полутонов;гамма больше 1 – растяжение темных полутонов.Гамма-коррекцияГамма меньше 1 – растяжение светлых полутонов;гамма больше 1 – растяжение темных полутоновОбработка изображения вмикроскопииНедостатки записанного изображения:1. Неоднородное освещение поля зрения.2. Пылинки и грязь, находящиеся в оптическом путимикроскопа.3. Интерференционные картины (муаровый рисунок) вплоскости изображения.4. Низкий контраст важных деталей изображения.5. Сдвиг цветового баланса (для цветных изображений).Для устранения всех этих недостатков применяется цифроваяобработка изображения.Отношение сигнал/шум в процессе обработки всегда снижается,и его нельзя увеличить, поэтому обработка изображений снизким отношением сигнал/шум практически затруднена.Задачи цифровой обработкиизображения1.

Удаление отдельных дефектов изображения.2. Избирательное контрастирование деталей(уменьшение контраста фона).3. Растяжение гистограммы яркости и/илинелинейное преобразование гистограммыяркости.4. Приближение записанного изображения квизуально воспринимаемому.5.

Арифметические операции с кадрами.6. Сегментация изображения для морфометрии.Обработка изображения с помощьюматриц – конволюция (свертка)Элементом преобразования является ядро или маска (kernel),размер которой составляет несколько пикселов (обычно –квадраты 3х3; 5х5; 7х7 и т.п.)Маска содержит коэффициенты, сумма которых равна единице.Центр маски последовательно накладывается на все пикселыизображения, и их значения пересчитываются в пикселы новогоизображения.Края изображения при этом деформируются, так как маска неможет быть правильно применена к пикселам, отстоящим от краяна расстояние меньше, чем ее радиус.В зависимости от коэффициентов различают много видов масок– низкочастотные (low pass), высокочастотные (high pass),контрастирующие, асимметричные и проч.Примеры простейших масок(kernels)Low pass(сглаживание)High pass(контрастирование)Edge enhancement(контрастированиекрая)Сглаживание шумов(размытие)Фильтр Гаусса, 5x5 (делитель – 99)Результаты фильтрацииДля сохранения информации диаметр маски (kernel)должен быть меньше разрешающей способностимикроскопа.

При использовании больших поплощади масок, повышающих контраст, происходитизбирательное контрастирование одних деталей исмазывание или удаление других элементовизображения.Для конволюции без потери разрешенияэквивалентный размер пиксела должен быть покрайней мере в 2 раза меньше, чем предел,задаваемый телеграфной теоремой.ImageJ для микроскопииImageJ, это свободно распространяемая (Public domain), написанная наязыке Java программа для анализа и обработки изображений,разработанная в Национальном Институте Здоровья в США.ImageJ была создана с открытой архитектурой, которая обеспечиваетрасширяемость при помощи плагинов Java, а также макросов,создаваемых пользователями.ImageJ позволяет отображать, редактировать, анализировать,обрабатывать и сохранять 8-битные, 16-битные и 32-битные ч/бизображения, а также 24-битные цветные изображения.

Программаможет читать многие форматы изображений, такие как TIFF, BMP, PNG,GIF и др., а также многие RAW форматы.Пользовательские модули получения, анализа и обработки могут бытьнаписаны с помощью встроенного редактора ImageJ и Javaкомпилятора.Плагины, написанные пользователями, позволяют решать многие задачианализа и обработки изображений, позволяют проводить трехмернуювизуализацию, морфометрический анализ, а также создаватьавтоматизированные микроскопические системы.Преобразования изображенияКоррекция фона (коррекция на плоское поле зрения иливычитание).Изменения интенсивности –линейные (растяжениегистограммы) и нелинейные (гамма-коррекция), инверсия.Конволюция (пространственная свертка) с масками (kernels)Деконволюция (обратная свертка).Преобразование Фурье и фильтрация в пространстве ФурьеНаложение нерезкой маски.Геометрические преобразования (интерполяция, поворот,устранение дисторсии и проч.).Бинаризация (односторонняя, двухсторонняя).Сжатие без потери информации.Сжатие в формат JPEG (с потерей информации).Работа со стопками кадровВыравнивание освещенности (equalize),возникающей вследствие выцветания препаратаили мерцания лампы.Выравнивание поля (вычитание фона).Построение разностных изображений.Построение кимограмм.Создание видеороликов.Построение кимограммКимограф – прибор для записи колебаний сразверткой по времени.Кимограф – анализактивного края фибробластаПостроение кимограммы – задание ширины линии и числакадров.Каждый столбец кимограммы соответствует одному кадру.Измерение скорости на кимограмме – угол наклона .Обработка изображения –работа в Adobe PhotoshopУстановка режима изображения (mode) – 8 bits/channel;Color mode: monochrome, RGB, Lab, CMYK.Коррекция гистограммы яркости: яркость выходногоизображения, контраст (установка пороговых уровней),гамма-коррекция.Настройка цветового баланса: яркость, контраст,насыщенность (hue + saturation).Фильтр Unsharp mask.Функция «наложение нерезкоймаски» (unsharp mask)Операция «unsharp mask» включает трипоследовательных преобразования изображения:- получение нерезкой копии (размытие);- умножение полученной копии на коэффициент иинверсия ее (получение негатива);- сложение полученной маски с исходнымизображением с использованием порогапреобразования.Настройки функции«unsharp mask»- установка радиуса размытия (от 0,1 до 2-3пикселов);- коэффициент умножения размытой копии (от 50до 500%);- порог преобразования (минимальный перепадмежду соседними пикселами когдапреобразование проводится).Настройки функции«unsharp mask»- радиуса размытия (от 0,5до 3-5 пикселов);- коэффициент умноженияразмытой копии (от 10 до500%);- порог преобразования(минимальный перепадмежду соседнимипикселами).Лекция 12Цветные изображенияКонфокальныймикроскопПринципы и основные моделиЦветные изображенияСуществуют несколько способов кодировки цвета, RGB – одиниз них (принят в телевидении и цифровой фотографии).Кодировка RGB означает, что каждый пиксел кодируется тремязначениями – синего, зеленого и красного каналов.Изображение, записанное цветной камерой, обычнопредставляется в формате RGB с числом бит на каждый каналот 8 до 12.Цветные изображения более высокого качества могут бытьполучены с помощью черно-белой камеры при съемке сиспользованием светофильтров.Как правило, цветная съемка применяется при съемкеспециально окрашенных фиксированных препаратов вгистологии и цитологии (мазки крови).ЦветовыепространстваCIE 1976RGB – мониторCMYK – принтерL*a*b – дляпреобразованийСпектры зрительных пигментовЦветные ПЗС-камерыМатрица, как правило, одна, светоделение производится попринципу «RGB».

Характеристики

Список файлов лекций