一种细胞原位主动变形测量方法

摘要

本发明涉及一种细胞原位主动变形测量方法，其测量步骤包括：(1)分别在细胞-基底荧光参考图像和相应的变形图像上划分方形采样网格；(2)确定参考子区和搜索区域的尺寸；(3)建立四个全局求和表；(4)以递推方式计算以采样点为中心的图像参考子区与相应搜索区域之间的互相关系数；(5)利用步骤(4)的结果并通过查求和表的方式快速计算零均值归一化相关系数矩阵，并根据此矩阵的峰值位置确定采样点的整像素位移大小；(6)利用梯度法进行亚像素插值运算；(7)递推计算所有采样点处的位移，得到整张变形图像精确位移场。本发明具有测量精确高效、高时间-空间分辨率的效果。本发明可以应用于高时空分辨率的细胞原位主动变形测量中。

主权项

1.一种细胞原位主动变形测量方法，其包括以下步骤：(1)分别在未发生弹性变形及发生弹性变形的细胞基底荧光图的参考图像F(x，y)和变形图像G(x，y)上，以设定的采样间距S为边长划分方形采样网格，单位为像素；(2)分别以各采样点(α，β)为中心，在参考图像F(x，y)上设定边长为(2N+1)的方形相关子区f_α，β(x，y)，在变形图像G(x，y)上选择边长为(2M+1)的方形搜索区域G_α，β(x，y)，其中N的取值范围为15～30之间的整数，M的取值范围为20～80之间的整数，单位均为像素，且M＞N；(3)根据参考图像F(x，y)和变形图像G(x，y)的数字图像灰度分布结构表f(x，y)和g(x，y)，利用递推方法分别建立图像灰度全局求和结构表S_f、S_g及图像能量全局求和结构表(4)根据数字图像灰度分布结构表f(x，y)和g(x，y)，计算以采样点(α，β)为中心的参考图像的相关子区f_α，β(x，y)与相应变形图像的搜索区域G_α，β(x，y)之间的互相关系数矩阵P_α，β，得到其快速递推关系式为：P_α+S，β(u，v)＝P_α，β(u，v)-I_α-D，β(u，v)+I_α，β(u，v)，其中，令(u，v)表示参考图像的相关子区f_α，β(x，y)中采样点(α，β)在变形图像的搜索区域G_α，β(x，y)中的位移；D是相关子区f_α，β(x，y)的边长，D＝2N+1；(5)根据所述步骤(3)、(4)的结果，计算参考图像的相关子区f_α，β(x，y)与相应变形图像的搜索区域G_α，β(x，y)的变形子区g_α，β(x，y)之间的零均值归一化互相关系数矩阵C_α，β(u，v)；(6)采用基于梯度的亚像素位移定位算法，在零均值归一化互相关系数矩阵的最大峰值所在位置附近进行亚像素插值运算，求得参考图像中采样点(α，β)在变形图像中的准确位置为：$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\alpha ,\beta }=u_{\alpha ,\beta }+{\mathrm{\Delta u}}_{\alpha ,\beta }\\ V_{\alpha ,\beta }=v_{\alpha ,\beta }+{\mathrm{\Delta v}}_{\alpha ,\beta }\end{array}\right.,$式中，(U_α，β，V_α，β)表示采样点(α，β)在变形图像中的总位移大小，(u_α，β，v_α，β)是由所述零均值归一化相关系数矩阵C_α，β(u，v)中最大元素所确定的整像素位移，(Δu_α，β，Δv_α，β)是(u_α，β，v_α，β)相应的亚像素位移；(7)重复所述步骤(4)～步骤(6)，计算所有采样点在变形图像中的准确位置，得到整张变形图像位移场。