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超强激光科学卓越创新简报

(第二百七十一期)

2022年5月18日

上海光机所提出一种去除荧光成像背景的新方法

　　近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队提出了一种基于前景目标估计的去除背景的新方法，相关研究成果以“Background-free wide-field fluorescence imaging using edge detection combined with HiLo”为题发表于Journal of Biophotonics。

　　宽场荧光显微镜在生物成像中起着十分重要的作用，但在三维成像中，往往存在着难以避免的背景的干扰，这导致了图像信噪比的降低。目前常规的去背景技术可分为通过硬件光路和软件算法两大类，其中硬件方法虽然可以提供令人满意的结果，但面临着成本高，灵活性低，拓展性不足等缺点。因此通过软件算法实现背景去除是值得探索的热点方向，现有的软件算法主流思路是首先通过估计背景，然后减去背景从而获得想要的无背景图像。

　　研究团队提出了一种基于边缘检测与虚拟HiLo技术相结合的背景去除方法（V-HiLo-ED），不同于现有的主流算法（如小波变换，滚球算法等），本方法首次通过估计前景目标直接重构出了无背景图像，其相较于主流软件算法在信噪比方面的提升超过30%，同时与共聚焦显微镜，结构光显微镜等硬件方法相比展现出近乎一致的背景抑制效果。本方法在实验中还体现了其灵活的拓展能力，通过与光片显微镜结合进一步提升了光片显微镜的背景抑制能力。本方法的应用潜力不仅限于上述场景，其在所有宽场成像场景如内窥镜等均有应用价值。

　　相关工作得到国家自然科学基金，上海市自然科学基金，上海市港澳台合作项目等项目支持。

　　原文链接

图1 V-HiLo-ED算法的整体思路

图2 （A）宽场显微图像；（B）边缘检测结果；（C）低频成分Lo；（D）高频成分Hi；（E）最终的去背景图像；（A1-A2）图A中位置1和位置2的局部放大图像；（E1-E2）图E中位置1和位置2的局部放大图像。

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