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并行光谱解卷积

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info
文件

parallel_spectral_deconvolution-1.9-bin.zip

来源

parallel_spectral_deconvolution-1.9-src.zip


目的

光谱去模糊是一个用于光谱去模糊的 ImageJ 插件。该插件利用多核处理器。

文档

插件代码基于以下书籍：

doi:10.1137/1.9780898718874

详细信息和示例请参阅website。

简介

什么是反驳？

在天文学、医学、物理学和生物学等中，科学家使用数字图像来记录和分析实验结果。环境影响和成像系统的缺陷可能会导致记录的因图像模糊图像噪声和质量回归。反图像去模糊（有时称为图像去模糊）是从视觉图像重建或估计真实图像的过程。图像去模糊算法可以分为两类：成像方法和重构方法。其他分类算法将分割不需要任何模糊信息（也称为盲反修正）的方法和需要该信息的方法。有关模糊的信息通常以点扩散函数应用(PSF) 的形式给出。PSF 是描述理论系统对点物体的响应的图像。可以根据理论系统的光学特性得到PSF。这种方法的主要优点是获得的PSF 是无噪声的。另外，实验技术依赖于拍摄点物体的照片，例如遥远的形象。在这项工作中，我们假设PSF 已知并以图像的形式给出。

###什么是光谱反面？

光谱辅助算法包括许多重构的图像去模糊技术，例如维纳滤波器和伪逆滤波器。但一般方法，例如截断谱组合和吉洪诺夫正则化也属于这一类。关键是利用PSF的特殊结构。例如，如果使用基于快速傅里叶变换（FFT）的方法（例如维纳滤波器），则存在一个隐含的想象，即模糊在空间上不变而原始图像场景是循环的（称为循环边界条件）。快速变换，例如离散余弦变换(DCT)和离散正弦变换(DST)，可用于其他边界条件，但这些方法仅在模糊空间不变的情况下才有意义。另外，在使用基于DCT和DST的方法的情况下，PSF应该是简洁的（如大气湍流的情况）。使用光谱模拟算法的优点是它们非常，并且很容易实现。然而，在这种不可能的重建方法中包含额外类型的约束，例如非负性。

极其光谱反主轴是一个用于光谱图像去模糊的 ImageJ 插件。该图像基于 Per Christian Hansen、James G. Nagy 和 Dianne P. O’Leary 插件，SIAM，2006 年《去模糊图像：矩阵、光谱和过滤》中描述的方法。当前版本尽管假设或自反边界条件，基于 Tikhonov 和 TSVD 的去模糊实现。该可以处理任意大小的 2 维和 3维图像，但其用途仅限于灰度。图像要对彩色图像进行反梯度，您分割通道并分别对每个通道进行去模糊。

如何使用

ParallelSpectralDeconvolutionDialog.jpg

GUI 中有七个可用的下拉列表（组合框）。从图像列表中，您可以选择模糊图像。 PSF列表用于选择点扩散函数图像。这两个列表的内容取决于 ImageJ 中当前打开的内容 - 如果没有显示图像窗口，则两个列表均为空。接下来的两个列表（方法和模板）允许您选择用于反卷积的算法（广义 Tikhonov、Tikhonov 或 TSVD）和模板（仅适用于广义 Tikhonov）。该模板用于创建正则化矩阵（导数运算符的近似）。所有算法的详细说明可以在去模糊图像：矩阵、光谱和过滤中找到。在“调整大小”组合框中，您可以选择在处理之前是否将模糊图像填充到下一个二次方尺寸。提供此功能主要是出于性能原因（当数据大小为 2 的幂数时，FFT 运行速度更快）。请注意，如果模糊图像的每个维度的大小已经是 2 的幂数，则即使选择“下一个 2 的幂”选项，也不会填充图像。要显示填充图像，需要选中显示填充图像复选框。输出列表用于指定输出的类型（重建图像）。最后，在“精度”组合框中，您可以选择计算中使用的浮点精度。实践表明，单一精度足以解决大多数问题。 GUI 中还有一些其他重要选项需要解释。阈值重建和文本字段用于从解决方案（重建图像）中删除负值。由于不可能在谱算法中施加非负约束，因此阈值选项是获得非负解的唯一方法。启用阈值选项后，图像重建中所有小于阈值文本字段中指定值的值都将替换为默认。在最大线程数（2 的幂）文本字段中，您可以指定将使用多少个计算线程。默认情况下，该值等于可用的 CPU数量。

图像进行模糊处理时，必须对解决方案强制执行某些规律性条件。正则化的程度由应仔细选择的正则化参数。决定图反格式有一个选项可以自动计算正则化参数的值（自动正则化参数对）。如果选择此框，则使用广义交叉验证算法（有关详细信息，请参阅去模糊图像：矩阵、光谱和过滤）。不幸好，没有完美的参数选择方法，因此可以手动调整自动计算的值（正则化参数文本字段和校正）。最初反方向完成后，正则化参数文本字段和校正以及更新按钮将启用。此时，您通过使用或在文本字段中可以输入新值来更改正则化参数的值。更新按钮重新用于使用正则化参数文本字段和校正以及更新按钮。

###如何获得理论PSF？

有几个 ImageJ 插件可用于生成理论点扩散函数：

要使用这些工具，您需要了解细胞设置和样品的一些参数，例如固封剂的 NA、RI、波长等。

2D 示例

打开要解清晰的图像和PSF图像后，开始Plugins › Deconvolution › 3D Spectral Deconvolution…

ParallelSpectralDeconvolution2DExample.jpg

单击 Deconvolve 按钮会产生以下结果：

ParallelSpectralDeconvolution2DExampleResult.jpg

3D 示例

打开要解清晰的图像和PSF图像后，开始Plugins › Deconvolution › 2D Spectral Deconvolution…

ParallelSpectralDeconvolution3DExample.jpg

单击 Deconvolve 按钮会产生以下结果：

ParallelSpectralDeconvolution3DExampleResult.jpg

另请参阅

版本历史

  • 1.0：2007年9月28日
    • Initial release.
  • 1.1：2008 年 1 月 6 日
    • Fixed bug causing poor results in all 3D methods with reflexive boundary conditions.
    • The plugin is updated to use Parallel Colt 0.2.
    • Added benchmarks.
  • 1.2：2008 年 2 月 15 日
    • Added single precision.
    • Added exceptions handling.
  • 1.3：2008 年 2 月 27 日
    • Memory optimization (all methods require less memory now).
    • Added info displayed in the status bar.
    • Changed the title of a deblurred image.
  • 1.4：2008 年 3 月 1 日
    • Added threshold option.
  • 1.5：2008 年 3 月 11 日
    • From now on Deconvolve, Update and Cancel buttons are disabled while deconvolution is in progress.
    • From now on the main GUI window cannot be closed by using the button from the title bar.
  • 1.6：2008 年 4 月 17 日
    • The plugin is updated to use Parallel Colt 0.4.
  • 1.7：2008 年 8 月 26 日
    • Added support for macros.
    • Memory optimization for single precision methods.
    • Added javadoc distribution.
    • Bzip2 is used to compress tar archives.
    • The plugin is updated to use Parallel Colt 0.5.
  • 1.8：2008 年 11 月 21 日
    • Fixed bug in all FFT-based methods: a blurred image was padded reflexive instead of periodic.
    • Added resizing option (an image does not need to be padded to the next power of two size).
    • Added output option (a deblurred image is automatically converted to the chosen type).
    • The plugin is updated to use Parallel Colt 0.6.
  • 1.9：2009 年 4 月 11 日
    • Added SpectralDeconvolver interfaces and abstract classes for 2D and 3D spectral algorithms.
    • Default stencil for Generalized Tikhonov changed from Identity to Laplacian.
    • Fixed bug causing NullPointerExceptinon when a blurred image or a PSF was renamed.
    • Refactoring and cosmetic changes.
    • The plugin is updated to use Parallel Colt 0.7.2.