本技术介绍了一种快速Z-Stack图像配准方法,该方法基于相对非均匀高斯模糊。该过程涉及输入两组Z-Stack图像,利用相对二次梯度能量(RGE)进行图像配准,以实现快速且精确的图像对齐。
背景技术
现有图像配准算法主要分为两大类[R.Szeliski,“Image alignment andstitching: A tutorial,”Foundationsand Trends in Computer Graphics and Vision,vol.2,no.1,pp.1–104,2006.]:基于特征的配准方法和基于像素的配准方法。考虑到图像模糊对配准精度的影响,主要介绍适用于模糊图像配准的方法。
基于图像特征的配准算法首先通过提取图像特征点,然后进行比对计算出相对平移和仿射变换。目前最常用的特征提算法主要为SIFT[Lowe D G . Distinctive ImageFeatures from Scale-Invariant Keypoints. International Journal of ComputerVision, 2004, 60(2):91-110]和SURF[H. Bay, T. Tuytelaars, and L. Van Gool,“Surf: Speeded up robustfeatures,” in Computer Vision – ECCV 2006, SpringerBerlin Heidelberg]。然而,作为通用的特征提取方法,特征提取会受限于图像模糊程度和图像内容的丰富程度;换而言之,图像越模糊或者图像内容越少,该类方法就越难提取出特征点。此外,对于细胞图像而言,由于细胞特征相似,提取的特征点有较高可能的比对错误。近年来,Liang等[Y.Liang,Y.Mao,Z.Tang,M. Yan, Y. Zhao, and J. Liu, “Efficientmisalignment-robust multi-focus microscopical images fusion,”SignalProcessing, vol. 161, pp. 111 – 123, 2019]提出了同时SURF特征提取、配准与融合的方法,相对于分两步实现配准与融合,提高了计算效率。
基于像素模糊图像配准算法主要通过构造测度函数来迭代优化求解仿射变换、点扩散函数和清晰图像等。常用的测度函数包括SSD(平方差和),SAD(绝对差和),相位相关性等。利用模糊不变矩的思想,Pedone等提出了基于n-fold模糊核的相位不变矩,实验表明该方法还可以应用于非均匀失焦模糊,尽管理论上要求傅里叶变换成立。对于中度模糊,N-fold方法与SURF配准精度接近,但SURF配准速度要快10倍以上;对于重度模糊,N-fold方法明显优于与SURF,但配准误差还难以保证不超过2个像素。
明视野显微镜景深受限导致无法实现厚样本全聚焦成像,需要多层扫描然后融合才能得到全聚焦图像。然而,多层扫描过程中平台高速运动,平台运动精度难以保证相邻两层图像没有偏移(对于分辨率0.25微米/像素,需要达到0.2微米重复运动精度才能保证没有偏移);此外,运动平台自身震动,轻微的外部震动(不稳定气流、间接磕碰等)都可能会引起z-stack偏移;
1)空间变化的失焦模糊使得图像配准难度加大,尤其是高倍镜40x以上;
2)现有技术难以同时满足高配准精度(误差不超过2个像素)和快速(实时)配准;
因此,现有技术存在不足,需要提供一种新的方法解决上述问题。
实现思路