奧林巴斯顯微鏡文物和畸變的反卷積分析
經(jīng)過(guò)反卷積算法已被應(yīng)用,還原圖像可能包括明顯的文物,如條紋,振鈴,或不連續(xù)的細(xì)胞骨架染色。 在某些情況下,這些問題都涉及到數(shù)據(jù)表示,不會(huì)與不同的算法或軟件程序包發(fā)生。 當(dāng)加工參數(shù)配置不正確,對(duì)原始圖像也可能出現(xiàn)偽影。 *后,文物往往不被計(jì)算引起的,而是由組織學(xué),光學(xué)偏差,或電子噪音。 當(dāng)試圖診斷的神器之源,*步是與反卷積圖像仔細(xì)比較原始圖像。

如果工件是在原始圖像中可見,那么它必須由因素從上游的反褶積引起的。 通過(guò)調(diào)整原始圖像的對(duì)比度和亮度,一些偽像可以顯示,并不明顯時(shí)*眼。 如果神器不存在或檢測(cè)不到的原始圖像,然后反卷積的某些方面被牽連。 在后一種情況下,它可能是有用的各種算法(例如,逆濾波器對(duì)受約束的迭代算法)進(jìn)行比較反卷積的結(jié)果。
點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的注意事項(xiàng)
點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)的質(zhì)量是一個(gè)卷積算法的性能至關(guān)重要,應(yīng)嚴(yán)加審查。 嘈雜的,畸變,或不正確縮放的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)將會(huì)對(duì)反褶積結(jié)果的不成比例的影響。 這是為迭代技術(shù)尤其如此,因?yàn)樵擖c(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)被反復(fù)施加到計(jì)算中。 在所有情況下,模糊光在原始圖像上的分布和程度,必須對(duì)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)相匹配。 如果不匹配的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)是利用,那么文物可能導(dǎo)致或恢復(fù)的質(zhì)量可能會(huì)下降。
在許多商業(yè)反卷積軟件包,用戶可以選擇任何一個(gè)理論或?qū)嵶C的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的圖像復(fù)原。 在一般情況下,結(jié)果是,如果一個(gè)經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)采用更好,并且還有不優(yōu)先使用的理論點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的幾個(gè)重要的原因。 首先,盡管存在著良好的理論模型的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù),它們是不**的模型,并進(jìn)行了實(shí)證的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)包含在理論模型沒有可用信息。 其次,在商業(yè)軟件包提供了理論點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)通常假設(shè)**的軸向和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的,這意味著它可能無(wú)法正確地適應(yīng)模糊在原始圖像上的分布。 這個(gè)問題是在高分辨率*嚴(yán)重(例如,與具有數(shù)值孔徑在1.2和1.4范圍內(nèi)的物鏡),其中,在所述透鏡組件或光學(xué)涂層小的制造變化可引起輕微的畸變中的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的對(duì)稱性。 一個(gè)理論點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)不能反映這些鏡頭的具體變化和產(chǎn)量較差反褶積的結(jié)果。 此外,一個(gè)經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)可有助于選擇合適的物鏡進(jìn)行反卷積分析。
呈現(xiàn)在圖1是一系列理論上生成的等高線圖的共聚焦點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)是逐步更深的名義焦點(diǎn)位置成水介質(zhì)。 油浸物鏡的利用率是假設(shè),和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的顯著軸向傳播的浸油和水,其與聚焦深度增加之間的不匹配的折射率的效果。 歸屬于在理論上模擬曲線僅這一個(gè)可變的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的象差的復(fù)雜性說(shuō)明了為什么點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量是準(zhǔn)確占可能影響反褶積結(jié)果像差的優(yōu)選手段。 圖1(a)示出了無(wú)像差的共焦PSF在匹配指數(shù)介質(zhì),沒有像差的存在。 點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的軸向程度明顯增加的焦點(diǎn)位置(通過(guò)第1(e)圖1(b))改變?yōu)楦钊氲匮刂鴝軸,點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)被移向物鏡。(本文來(lái)源:奧林巴斯顯微鏡文物和畸變的反卷積分析)
像差,很難檢查復(fù)雜樣品時(shí),檢測(cè)變得非常清楚檢查從單一熒光珠產(chǎn)生的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)時(shí)。 因此,在購(gòu)買一個(gè)昂貴的新的物鏡之前,建議從幾個(gè)物鏡點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)來(lái)獲取和比較,以幫助選擇系統(tǒng)與*理想的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的另一個(gè)好處是,它能夠使顯微鏡來(lái)測(cè)量成像系統(tǒng)的性能。 也會(huì)發(fā)生點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)采集過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能發(fā)生的許多潛在的問題,如舞臺(tái)漂移,燈的閃爍,照相機(jī)噪聲,折射率不匹配,和溫度波動(dòng),而且更容易辨別。 因此,在實(shí)證的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)畸變建議如何改善顯微鏡拍攝的圖像的質(zhì)量。
當(dāng)獲得的經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù),必須小心,以配合出現(xiàn)在原始圖像畸變。 理想的情況下,無(wú)論是原始圖像和點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)應(yīng)該是免費(fèi)的像差,但是,這并不總是可能的。 如果主要的像差是存在于原始圖像,那么他們應(yīng)該(如果可能)由像差的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)匹配。 否則,反卷積圖像可能包含錯(cuò)誤或恢復(fù)不佳。 此外,如果該點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)是喧鬧的,當(dāng)時(shí)的主要噪聲將出現(xiàn)在反卷積圖像。 為了減少噪音和消除輕微的畸變,許多軟件包徑向平均的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)或平均的幾個(gè)熒光珠的圖像來(lái)創(chuàng)建一個(gè)平滑的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。 許多商業(yè)軟件產(chǎn)品的另一個(gè)特點(diǎn)是,它們會(huì)自動(dòng)插采樣間隔的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的相匹配的采樣間隔把原始圖像的。 如果不是這樣,點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)和原始圖像必須在相同的采樣間隔被收購(gòu)。

當(dāng)使用一個(gè)理論點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù),點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的參數(shù)必須正確設(shè)置。 這些參數(shù)包括成像模態(tài),數(shù)值孔徑,出射光的波長(zhǎng),像素大小和z步長(zhǎng)大小,并且可以顯著地影響所得到的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的大小和形狀。 在一般情況下,隨波長(zhǎng)的增加而減小與數(shù)值孔徑的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的大小增加而增加。 像素大小和z步驟參數(shù)被用于相對(duì)于所述原始圖像縮放的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。
如果理論點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的大小和形狀是不恰當(dāng)?shù)脑紙D像,則工件可導(dǎo)致對(duì)各種原因。 首先,該算法解釋中的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)尺寸方面的采樣間隔的圖像。 第二,點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)確定的體積的大小和形狀從模糊的光被重新分配。 如果卷不對(duì)應(yīng)模糊的圖像中的真實(shí)分布,然后器物可以推出。 可能會(huì)發(fā)生這個(gè)錯(cuò)誤,如果有錯(cuò)誤縮放或像差的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。 它也可以導(dǎo)致如果圖像的“真正的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)”具有未由算法生成的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)相匹配的像差。
在某些情況下,使用的是理論點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)時(shí),更好的結(jié)果,可在點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)是顯然太大獲得的。 一種可能的解釋是,原始圖像的真實(shí)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)是大于預(yù)期。 這可能發(fā)生,因?yàn)檎凵渎实牟黄ヅ?,從而?dǎo)致球面像差和改變z軸縮放。 這兩種現(xiàn)象加寬真正的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)在z方向上,使它更大,從而降低了物鏡的有效數(shù)值孔徑。如果這種情況下,懷疑是,研究者應(yīng)該試圖減去一個(gè)小的增量(例如,0.05)的理論點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的數(shù)值孔徑。 在一些軟件包,類似的結(jié)果可以通過(guò)將點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的z步長(zhǎng),以比實(shí)際的z步驟中獲取的原始圖像利用較小的獲得。
正常情況下,點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的z步長(zhǎng)應(yīng)始終是相同的原始圖像的z步驟。 此小心確保該點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的標(biāo)度是合適的成像條件。 用經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù),但是,有可能獲得更細(xì)的z軸分辨率比原始圖像中的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。 應(yīng)該提到,這招只有當(dāng)該軟件可以插采樣間隔的圖像,并使其對(duì)應(yīng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。
目前,大多數(shù)市售的反卷積軟件包假定點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)是恒定的所有點(diǎn)的對(duì)象,被稱為空間不變性的性質(zhì)。 光學(xué)顯微鏡通常滿足這個(gè)假設(shè),但其他的問題,如折射率梯度的樣品材料或浸泡的不匹配和安裝介質(zhì)可以誘發(fā)空間變化的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù),尤其是在厚厚的標(biāo)本。 目前,所有的商業(yè)軟件包假設(shè)空間不變性,但在未來(lái)(由于迅速增長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)處理速度),也可能是可行的,通過(guò)圖像變化的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。 它也可能成為可能通過(guò)采用透射光圖像映射折射率梯度的試樣,并相應(yīng)調(diào)整點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)來(lái)校正點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的空間變化。
球差
球面像差是點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)差的臭名昭著的形式,是*難以對(duì)付的。 該工件包括在點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù),它們都增大了的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的喇叭形,并降低其亮度的形狀的軸向不對(duì)稱性。 在各種形式的光學(xué)顯微鏡的一個(gè)共同的問題,球面像差是退化的分辨率和信號(hào)損耗在兩個(gè)共焦和廣角調(diào)查的主要原因之一。 檢測(cè)球面像差可以通過(guò)集中上下貫通的試樣,在離焦的環(huán)的上方和下方的明亮的熒光點(diǎn)狀的細(xì)節(jié)(如示于圖2)觀察的不對(duì)稱性來(lái)實(shí)現(xiàn)。 或者,工件可以在所獲取的圖像堆棧(在XZ或YZ的突起)通過(guò)在模糊的光的周圍的熒光結(jié)構(gòu)的喇叭形搜尋在軸向不對(duì)稱性檢測(cè)。 第三種技術(shù)檢測(cè)球面像差的有用的是從一種熒光珠安裝類似的光學(xué)條件下的試樣根據(jù)獲得的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的圖像,并且搜索軸不對(duì)稱的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的喇叭形。
如果在觀察的標(biāo)本是比較厚的(大于10微米),球面像差可逐漸成像發(fā)生在試樣內(nèi)部更深層次的誘導(dǎo)。 因此,直屬蓋玻片表面貼裝珠可能不能揭示球面像差在這種情況下。 一個(gè)建議的補(bǔ)救措施是從靠近試樣中的所希望的圖像平面通過(guò)*暴露試樣的熒光珠的溶液用珠獲得的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的圖像。 然而,這點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)不應(yīng)該用于反褶積,因?yàn)閺慕M織散射會(huì)使點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)喧鬧得多,在大多數(shù)情況下。
球面像差是在成像系統(tǒng)中的光學(xué)路徑的缺陷所致。 它可以是由于在物鏡的缺陷,但更經(jīng)常的像差的發(fā)生是由于折射率的光學(xué)介質(zhì)直接相鄰的物鏡前透鏡元件的不匹配。 現(xiàn)代的物鏡通常被設(shè)計(jì)來(lái)校正和/或減少的球面像差,只有當(dāng)他們被用來(lái)與蓋玻片玻璃的適當(dāng)?shù)念愋秃秃穸?,以及適當(dāng)?shù)慕莺桶惭b介質(zhì)。 這些材料的光學(xué)特性是至關(guān)重要的光通過(guò)物鏡(和顯微鏡光學(xué)系列的其余部分)的正確聚焦。(本文來(lái)源:奧林巴斯顯微鏡文物和畸變的反卷積分析)
在圖2(牛肺動(dòng)脈血管內(nèi)皮細(xì)胞)呈現(xiàn)的圖像被收購(gòu)與寬視場(chǎng)熒光成像相似的條件下,除了浸油的折射率的變化的系統(tǒng)。 將原始圖像(*大強(qiáng)度投影),如圖2(a)所示的具有1.514的折射率的浸沒油被獲取,并且是自由可觀的球面像差。 圖2(b)是反卷積后的相同圖像。 類似的細(xì)胞,具有較高的折射率(1.524)的油狀物,并表現(xiàn)出顯著球面像差獲取的,如圖2(c)所示。 周圍的細(xì)胞周圍的點(diǎn)的衍射環(huán)是差的表現(xiàn)。 以下通過(guò)反復(fù)的約束反褶積(圖2(d)),恢復(fù)原始圖像的一個(gè)水平行的一個(gè)子體積的邊緣引入(以箭頭的右側(cè))。此工件不存在于原始圖像(圖2(c)),并且,因此,不通過(guò)成像系統(tǒng)所造成的。
相當(dāng)普遍的生物學(xué)調(diào)查,浸泡和安裝介質(zhì)的折射率不相同,甚至接近。 在這些情況下,可能會(huì)發(fā)生兩種扭曲:球面像差和z軸距離的縮放比例。 這兩種現(xiàn)象取決于震源深度,所以在不同深度的功能將展示不同量的球面像差和z軸比例文物。 雖然z軸縮放不會(huì)影響分辨率或信號(hào)強(qiáng)度,但它代表z軸的距離測(cè)量的線性縮放由不匹配的介質(zhì)的折射率之比。 為了校正這種扭曲,Z-距離可以由標(biāo)量補(bǔ)償系數(shù)相乘,有些軟件包提供此功能。 在另一方面,球面像差是難以糾正,因此非常誘人忽視,但是也有少量的注意這個(gè)問題可以產(chǎn)生的圖像質(zhì)量有很大的提高,尤其是在弱光條件下,如在活細(xì)胞。
*近,一些研究已針對(duì)數(shù)位與球差的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)解卷積校正球面像差。 這需要解卷積軟件不能自動(dòng)進(jìn)行預(yù)處理的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)以使其軸向?qū)ΨQ。 如果是這種情況,那么顯微鏡能精確地通過(guò)具有在手“家庭”的經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)不同程度的球面像差,并選擇*合適的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的匹配在圖像和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的像差給成像條件。 這種類型的計(jì)算修正的可能恢復(fù)丟失的分辨率在一定程度上,但它不會(huì)恢復(fù)丟失的信號(hào)。 因此,為了校正球面像差的*佳機(jī)制是通過(guò)光學(xué)方法預(yù)先消除神器。
有很多種由顯微鏡來(lái)校正球面像差的光學(xué)技術(shù)和技巧。 一對(duì)標(biāo)本浸泡在水溶液中*常見的應(yīng)用是浸油的物鏡,它可以直接進(jìn)入安裝介質(zhì)中無(wú)蓋玻片。 因?yàn)榻n和安裝介質(zhì)是相同的,沒有折射率不匹配是可能的。 然而,失真仍然可以發(fā)生,因?yàn)樵嚇雍统两橘|(zhì)之間或者由于試樣本身內(nèi)的折射率的梯度折射率失配。 另一種方法涉及調(diào)節(jié)浸沒介質(zhì)的折射率,以補(bǔ)償所述安裝介質(zhì)的折射率。 如果試樣被安裝在低折射率比玻璃的介質(zhì)(例如,甘油或水基介質(zhì)),則增加了浸沒介質(zhì)的折射率,減少或消除小程度的球面像差。 用具有1.4數(shù)值孔徑的物鏡時(shí),該技術(shù)使一個(gè)相對(duì)無(wú)像差的成像條件達(dá)約10至15微米的蓋玻片的有限焦點(diǎn)深度和試樣安裝在甘油。 幾個(gè)商業(yè)供應(yīng)商現(xiàn)在提供浸沒介質(zhì)具有規(guī)定的折射率,可以混合以任何期望的中間值。
另一種常用的方法是使用一個(gè)專門校正物鏡,如高數(shù)值孔徑的水浸泡即日起接受報(bào)名與蓋下滑標(biāo)本的物鏡。這些物鏡有一個(gè)校正彩色,使補(bǔ)償透鏡元件和試樣之間的折射率的變化。 雖然他們都非常昂貴(目前約10,000美元),水浸的物鏡可以提供成像深度大于15微米成厚片,當(dāng)以消除球面像差的*方法。 對(duì)這些物鏡的修正衣領(lǐng)不應(yīng)該混淆與較便宜的暗場(chǎng)的物鏡找到了可變光圈校正衣領(lǐng)。
數(shù)字圖像采樣間隔
適當(dāng)?shù)牟蓸娱g隔在x,y和z方向上是不錯(cuò)的解卷積結(jié)果重要。 這是標(biāo)準(zhǔn)的做法,以獲取樣本可分辨的空間頻率的兩倍,這符合奈奎斯特采樣定理(每個(gè)元素解析兩個(gè)樣本都需要精確的檢測(cè)信號(hào))。 然而,奈奎斯特采樣頻率是真的只是需要一個(gè)離散采樣機(jī)制取得的實(shí)際信號(hào)的合理近似*小。 更高的采樣頻率產(chǎn)生***的修復(fù),應(yīng)用三維算法時(shí)尤其如此。 與此相反,二維去模糊算法*有效地工作,當(dāng)取樣率是較低的在z方向上(當(dāng)光學(xué)部之間的間距等于或大于分辨的元素)。
在熒光顯微鏡中,可分辨的元素通常使用的瑞利準(zhǔn)則來(lái)定義。 例如,與染料FITC(在520納米的發(fā)射峰),1.4數(shù)值孔徑的油浸物鏡,并用1.51的折射率(*匹配的光學(xué)玻璃)的安裝/浸沒介質(zhì),所述解析單元尺寸為227納米的(根據(jù)瑞利準(zhǔn)則)的xy平面和801納米的在z方向上。 樣品在這些條件下的奈奎斯特頻率,采樣間隔應(yīng)為這個(gè)值的一半,或在xy平面和0.4微米的在z方向上約0.114微米。 提供在圖像恢復(fù)的*佳效果,取樣在一個(gè)較小的間隔建議,也許0.07微米的在xy平面和0.2微米的在z方向上,在相同的條件下。
應(yīng)當(dāng)指出,這些準(zhǔn)則是*佳設(shè)置,并應(yīng)通過(guò)考慮所研究的特定制劑的平衡。 作為一個(gè)例子,熒光信號(hào)可以是如此之低(常出現(xiàn)在活細(xì)胞的實(shí)驗(yàn))的CCD的像素的像素合并這是必需的,或者可以如此之快,以至于沒有足夠的時(shí)間,以在z方向上精細(xì)樣品發(fā)生的事件。 在這種情況下,*理想的采樣間隔是必需的。 幸運(yùn)的是,修復(fù)算法仍然可以工作相當(dāng)會(huì)在這些條件下,雖然在正則有些變化可能是必要的,一些算法。
振鈴和邊緣文物
振鈴是在去模糊或反演技術(shù)的應(yīng)用主要是遇到了一個(gè)神器,但它也可能發(fā)生與迭代法。 該工件具有深色和淺色的漣漪周圍的圖像的明亮的外觀特征,如圖3所示,并且可以既在z方向上和在xy平面內(nèi)發(fā)生。 當(dāng)在z方向上可視化,振鈴出現(xiàn)在更深的z截面的陰影,概述熒光結(jié)構(gòu)。
振鈴的源通常是轉(zhuǎn)化的不連續(xù)信號(hào)進(jìn)入或離開傅立葉空間。 一些相關(guān)的問題可以產(chǎn)生信號(hào)的不連續(xù)性,因此有助于振鈴。 不連續(xù)性可能發(fā)生在圖像的邊緣或圖像的子體積的(圖2)或者甚至在明亮的特征的邊緣(圖3)。 不連續(xù)性的另一來(lái)源是將原始圖像或點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù),在嘈雜的圖像或點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的形狀,是不恰當(dāng)?shù)膱D像的空間采樣不足。
在圖3所示的每個(gè)圖像是從圖像的三維堆疊的單個(gè)代表性的光學(xué)部分,并示出了從固定部金字塔細(xì)胞樹突。 的原始圖象被顯示在圖3(a)所示,而圖3(b)是同一圖象場(chǎng)以下迭代解卷積。 在反卷積圖像,顯著振鈴發(fā)生(約熒光樹枝狀暗輪廓),*有可能的,因?yàn)榍蛎嫦癫钪械脑紙D像,它是不是在點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)匹配。 在相同的圖像,噪聲放大顯示為背景的斑點(diǎn)。
為了避免振鈴*好的辦法是確保傅立葉適當(dāng)開窗變換。 盡管一些商業(yè)軟件包都沒有解決這個(gè)問題,它正變得越來(lái)越常見于高端的算法實(shí)現(xiàn)。 振鈴也可避免使用更精細(xì)的采樣間隔中的圖像或點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù),通過(guò)平滑的圖像或點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù),以在與這些圖像的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)精心匹配的像差,或通過(guò)調(diào)整該點(diǎn)的傳播函數(shù)的參數(shù)。

振鈴的圖像的邊緣可以通過(guò)簡(jiǎn)單地去除邊緣被抑制。 許多算法消除圍繞整個(gè)圖像8至10像素或飛機(jī)保護(hù)帶 。該操作需要空白空間的上方和下方的熒光結(jié)構(gòu)的圖像中要保留。 空白空間是不可取的,因?yàn)閺纳厦婧拖旅娴膶?duì)象模糊的光可被重新分配,并有助于該信號(hào)為對(duì)象。 然而,空白空間可以人工創(chuàng)建的,而不保真度的損失,通過(guò)將內(nèi)插平面到圖像堆棧的頂部和底部。 在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器和處理時(shí)間所得的成本可以通過(guò)在傅立葉空間中進(jìn)行的內(nèi)插被*小化。
振鈴子卷的邊緣是一個(gè)類似的問題(見圖2)。 通常情況下,亞體重疊量可提高到取出神器。 或者,如果足夠的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)被安裝,則整個(gè)圖像可以被處理為一個(gè)單一的體積,以避免偽像。
噪聲放大和過(guò)度平滑
如前面所討論的,噪聲放大是由去模糊和反演算法一個(gè)工件。 神器也會(huì)發(fā)生與迭代算法的重復(fù)卷積運(yùn)算引入的高頻噪聲。 噪聲圖像反褶積表現(xiàn)為圖像,往往是在每一個(gè)平面不變的,是特別引人注目的背景區(qū)域的顯著斑點(diǎn)。 它通??梢酝ㄟ^(guò)應(yīng)用平滑濾波器或一個(gè)正規(guī)化( 粗糙度 )濾波器抑制。 在過(guò)度的噪音是在一個(gè)反褶積圖像中觀察到的情況下,然后朝一個(gè)補(bǔ)救措施的*步是確保點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為噪音盡可能免費(fèi)。 接著,檢查算法過(guò)濾器和嘗試優(yōu)化他們的可調(diào)參數(shù),使圖像功能比分辨率限制的維持,而較小的變化被抑制。 不要增加平滑太多,因?yàn)檫^(guò)度的平滑特性會(huì)降低圖像的分辨率和對(duì)比度。
消失和爆炸特性
也許是反褶積的*討厭的文物是非常暗淡的功能明顯損失或非常明亮的特點(diǎn)炸毀 (開花或?qū)Ρ榷缺ǎ?/span> 這些工件不同于過(guò)多引起的平滑的,因?yàn)樗鼈冇绊懙教囟ǖ墓δ埽▓D4),相對(duì)于該圖像作為一個(gè)整體。 在這種情況下,作出嘗試來(lái)比較不同的算法對(duì)工件的外觀(如逆濾波器對(duì)迭代算法,或古典與統(tǒng)計(jì)算法)的影響。如果神器只出現(xiàn)一個(gè)單一的算法,那么原因可能是不穩(wěn)定的算法或算法對(duì)特定樣品類型的特定效果。 在其中的影響發(fā)生與幾種算法的情況下,則有多種可能的來(lái)源。 當(dāng)圖像小,昏暗的特征正在消失,其原因往往是非負(fù)性和平滑濾波器的組合。 這是可能的,如果有過(guò)多的噪音圖像或點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)發(fā)生,或者如果情況有利于振鈴。 噪聲和振鈴可誘導(dǎo)的負(fù)像素值,以使非負(fù)性約束被調(diào)用和功能被分散。 如果發(fā)生這種情況,平滑濾波器可以移除或平滑許多剩余的片段,產(chǎn)生該特征的消失。 工件的嚴(yán)重性可以補(bǔ)償(或者它可以完全被消除),通過(guò)減少圖像中的噪聲和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(具有更長(zhǎng)的曝光時(shí)間,或通過(guò)平均),通過(guò)消除點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的不匹配,并通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)平滑篩選。
圖4示出相似于一個(gè)先前顯示(圖3)的光學(xué)部分的放大的細(xì)節(jié)。 三個(gè)擴(kuò)印被從原始圖像拍攝之前,反卷積(圖4(a),上游),以及反卷積得到越來(lái)越多的迭代之后(250和300的迭代;圖4(b)和4(c))。 一個(gè)小的特征,由箭頭表示,消失的迭代解卷積的結(jié)果。 可避免的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的正確應(yīng)用這種類型的神器。

當(dāng)明亮的特點(diǎn)是擴(kuò)大一個(gè)反褶積的圖像,則源可能是像素的飽和度。 包含一個(gè)顯著一些明亮的特點(diǎn)RAW圖像都會(huì)有這樣的亮度還原過(guò)程中進(jìn)一步擴(kuò)展。 然而,在非常明亮的特性,反卷積算法可導(dǎo)致像素值*過(guò)在給定的位深度的*高值表示的。 實(shí)際上,這些像素將飽和 ,將被分配的*大值。 那么該功能將變得非常明亮,會(huì)出現(xiàn)扁平化,并在規(guī)模可能擴(kuò)大。 神器可避免利用攝像頭和軟件,將允許更大的位深度和一種算法,在內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)為浮點(diǎn)數(shù)。 使用這些技術(shù)擴(kuò)展計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的要求,但可防止這樣的偽影的發(fā)生。
標(biāo)本依賴文物
科學(xué)文獻(xiàn)的成熟與一些標(biāo)本類型,但不與他人觀察到反褶積文物的報(bào)道。 特別是,一些研究者已經(jīng)報(bào)道,絲狀結(jié)構(gòu)分散的一類卷積算法,但不與另一種。 如果一個(gè)結(jié)構(gòu)變化觀察,那么它始終是*好比較反褶積和原始圖像。 如果仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn),反褶積后的結(jié)構(gòu)特征明顯不會(huì)出現(xiàn)在原始圖像,然后點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行檢查,以確定其正確的設(shè)置,點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)也應(yīng)審查的噪音。 如果問題仍然存在,那么整個(gè)算法是嫌疑人,不同的算法對(duì)神器的外觀效果應(yīng)該比較。 此程序?qū)Ⅱ?yàn)證由一個(gè)給定的算法的特定樣品是否恢復(fù)到令人滿意的程度。
當(dāng)一個(gè)明顯的神器是可見的兩個(gè)反褶積和RAW圖像,然后試樣制備或光學(xué)像差的某些方面被牽連。 特別是,免疫熒光染色往往是不連續(xù)的沿細(xì)胞骨架絲(肌動(dòng)蛋白絲,微管和中間絲)。 一些消息來(lái)源可以有助于這一問題。 之一是細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白可能掩蓋細(xì)胞骨架細(xì)絲,使抗體可訪問性是沿?zé)艚z變量。 另一個(gè)來(lái)源是在免疫細(xì)胞化學(xué)使用的固定劑,它往往不如實(shí)地保留絲狀結(jié)構(gòu)。 例如,微管可在甲醛或甲醇固定片段。 一個(gè)更忠實(shí)的固定劑如戊二醛可以采用,但在抗原性為代價(jià)的。 *佳的固定方法是在各種文獻(xiàn)來(lái)源和教科書中描述。
標(biāo)本相關(guān)文物的一個(gè)常見來(lái)源源于折射率梯度的標(biāo)本本身。 在試樣這些原因透鏡效應(yīng)光之前到達(dá)物鏡,因此,可能會(huì)扭曲的形象。 一些標(biāo)本(例如,胚胎和厚組織)有卵黃顆?;蚱渌?xì)胞器,其折射率顯著不同于周圍的細(xì)胞質(zhì)。 此外,可能存在折射率梯度所造成的安裝介質(zhì)的均相混合的裝試樣。 這件神器是特別容易,如果試樣安裝在其以前沒有浸泡的媒介。 計(jì)算方法為糾正這種異質(zhì)性可能提供在未來(lái),但它始終是一個(gè)很好的做法徹底浸泡標(biāo)本中被很好地匹配到試樣本身的折射率的安裝介質(zhì),以盡量減少這些文物。 作為補(bǔ)充措施,這是明智的調(diào)整浸入介質(zhì)的折射率(如果可能),以補(bǔ)償該安裝介質(zhì)。
水平線和垂直線
大概解卷積顯微術(shù)的*常見的偽影是在x,y和z軸的水平線和垂直線。 在許多情況下,這些線路可以在當(dāng)它被仔細(xì)研究的原始圖像被觀察到的,這表明它們不是反卷積操作的結(jié)果,而是由算法被增強(qiáng)。 線或條帶也可能來(lái)自于子卷,振鈴形式之間的界限邊緣的文物。 在任何情況下,這樣的工件都難以誤認(rèn)為是生物結(jié)構(gòu),可以很容易除去。
在xy平面水平或垂直的線條往往是由于CCD傳感器用來(lái)記錄影像柱缺陷 。 如果在芯片的讀出寄存器中的一個(gè)像素的缺陷,或者如果傳遞到該像素是低效率的,那么結(jié)果可能顯示為垂直于所讀取的寄存器的一行。 這條線,然后由卷積運(yùn)算增強(qiáng)。 如這個(gè)問題通常可以用一臺(tái)調(diào)遣的操作來(lái)校正,也稱為陰影或背景校正,并且被包括在大多數(shù)反卷積軟件包。
在XZ或YZ的視圖(稱為Z-線 )觀察到的垂直線是由于變化的各個(gè)像素的響應(yīng)特性。 每個(gè)像素具有一個(gè)稍微不同的增益和其鄰國(guó)的偏移。 在極端情況下,也有不好的像素 ,其光子響應(yīng)從他們的鄰居顯著偏離。 通常,在相同的像素系統(tǒng)從其鄰居偏離整個(gè)堆棧的圖像,剩下的z線。 這個(gè)問題可以通過(guò)平場(chǎng)作業(yè)或由搜索出這些匪徒,并將其與自己的近鄰均值代替專門的壞像素例程進(jìn)行修正。
與此相反,在XZ或YZ意見水平線代表在圖像堆棧是比他們的鄰居均勻明亮的整個(gè)平面。 這個(gè)問題是由于在該照明系統(tǒng)的波動(dòng)。 在數(shù)據(jù)收集過(guò)程中的弧光燈的功率輸出偏離的情況,那么這種變化將被記錄在平面之間的熒光強(qiáng)度的系統(tǒng)性差異。 此外,電弧在燈可以漫步在電極的表面上,誘導(dǎo)時(shí)間依賴性的空間不均勻性在試樣的照明。 這些活動(dòng)將通過(guò)反褶積會(huì)加重,但可在原始圖像進(jìn)行觀察。 這兩個(gè)問題通??梢酝ㄟ^(guò)更換弧光燈被*小化。
如果燈的波動(dòng)仍然是,即使有新的弧光燈,然后直接測(cè)量弧光燈功率波動(dòng)的結(jié)合的總的像素強(qiáng)度的平面由平面可被用來(lái)校正應(yīng)用到原始圖像中的多項(xiàng)式擬合的一個(gè)問題。 這種類型的校正的某種形式被包括在大多數(shù)市售的反卷積包。 第二個(gè)問題,由于電弧徘徊變化的照明圖案,難以校正由圖像處理,但是可以通過(guò)安裝弧光燈和顯微鏡垂直照明器之間的光纖加擾器來(lái)消除。