Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-6-1004-1012
УДК 004. 932
МЕТОД ПРОГРАММНОЙ КОРРЕКЦИИ АБЕРРАЦИОННЫХ ИСКАЖЕНИЙ ИЗОБРАЖЕНИЯ В МИКРОСКОПИИ СТРУКТУРИРОВАННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Читать статью полностью
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Иночкин Ф.М., Белашенков Н.Р. Метод программной коррекции аберрационных искажений изображения в микроскопии структурированного освещения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 6. С. 1004–1012. doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-6-1004-1012
Аннотация
Предмет исследования. Исследована проблема снижения качества восстановления изображения в сверхразрешающей микроскопии структурированного освещения при наличии расфокусировки и аберрационных искажений изображения. Метод. Для повышения качества восстановления пре длагается ввести предварительную программную компенсацию расфокусировки и аберраций с реконструкцией модели функции рассеяния точки системы, формируемой на основе теории фурье-оптики и результата предварительной калибровки системы. Предложен способ автоматической адаптации модели функции рассеяния точки к величине расфокусировки по регистрируемым системой изображениям, основанный на свойстве частичной избыточности входных данных в микроскопии структурированного освещения. Основной результат. Предложенные технические решения позволили снизить уровень искажений восстанавливаемого изображения для систем с аберрационными искажениями и неизвестной расфокусировкой до уровня, соответствующего применению микрообъектива с дифракционно-ограниченным качеством. В вычислительных экспериментах метод характеризуется трех-четырех кратным снижением максимальной амплитуды искажений восстанавливаемого изображения при величине аберраций, характерной для коммерчески доступных микрообъективов. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть применены для повышения качества восстановления изображений в сверхразрешающих микроскопах структурированного освещения, а также позволяют повысить экономическую эффективность систем за счет применения неспециализированных объективов при сохранении высокого качества результирующего изображения.
Ключевые слова: дифракционный предел, реконструкция изображения, моделирование функции рассеяния точки, преобразование Фурье, сверхразрешающая микроскопия
Благодарности. Работа выполнена в Университете ИТМО при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № 074-11-2018-004).
Список литературы
Благодарности. Работа выполнена в Университете ИТМО при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № 074-11-2018-004).
Список литературы
- Gustafsson M.G.L. Surpassing the lateral resolution limit by a factor of two using structured illumination microscopy // Journal of Microscopy. 2000. V. 198. N 2. P. 82–87. doi: 10.1046/j.1365-2818.2000.00710.x
- Kner P., Chhun B., Griffis E.R., Winoto L., Gustafsson M.G.L. Super-resolution video microscopy of live cells by structured illumination // Nature Methods. 2009. V. 6. N 5. P. 339–342. doi: 10.1038/nmeth.1324
- Shroff S.A., Fienup J.R., Williams D.R. Lateral superresolution using a posteriori phase shift estimation for a moving object: experimental results // Journal of the Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision. 2010. V. 27. N 8. P. 1770–1782. doi: 10.1364/JOSAA.27.001770
- Schermelleh L., Heintzmann R., Leonhardt H. A guide to super-resolution fluorescence microscopy // Journal of Cell Biology. 2010. V. 190. N 2. P. 165–175. doi: 10.1083/jcb.201002018
- Zheng G., Horstmeyer R., Yang C. Wide-field, high-resolution Fourier ptychographic microscopy // Nature Photonics. 2013. V. 7. N 9. P. 739–745. doi: 10.1038/nphoton.2013.187
- Dan D., Lei M., Yao B., Wang W., Winterhalder M., Zumbusch A., Qi Y., Xia L., Yan S., Yang Y., Gao P., Ye T., Zhao W. DMD-based LED-illumination Super-resolution and optical sectioning microscopy // Scientific Reports. 2013. V. 3. N 1. P. 1116. doi: 10.1038/srep01116
- Gustafsson M.G. Nonlinear structured-illumination microscopy: wide-field fluorescence imaging with theoretically unlimited resolution // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2005. V. 102. N 37. P. 13081–13086. doi: 10.1073/pnas.0406877102
- Rego E.H., Shao L., Macklin J.J., Winoto L., Johansson G.A., Kamps-Hughes N., Davidson M.W., Gustafsson M.G.L. Nonlinear structured-illumination microscopy with a photoswitchable protein reveals cellular structures at 50-nm resolution // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2012. V. 109. N 3. P. E135–E143. doi: 10.1073/pnas.1107547108
- Müller M., Mönkemöller V., Henning S., Hübner W., Huser T. Open-source image reconstruction of super-resolution structured illumination microscopy data in ImageJ // Nature Communications. 2016. V. 7. P. 10980. doi: 10.1038/ncomms10980
- Lal A., Shan C., Xi P. Structured illumination microscopy image reconstruction algorithm // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics. 2016. V. 22. N 4. P. 50–63. doi: 10.1109/JSTQE.2016.2521542
- Zhang Y., Lang S., Wang H., Liao J., Gong Y. Super-resolution algorithm based on Richardson–Lucy deconvolution for three-dimensional structured illumination microscopy // Journal of the Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision. 2019. V. 36. N 2. P. 173–178. doi: 10.1364/JOSAA.36.000173
- Zhou X., Lei M., Dan D., Yao B., Yang Y., Qian J., Chen G., Bianco P.R. Image recombination transform algorithm for superresolution structured illumination microscopy // Journal of Biomedical Optics. 2016. V. 21. N 9. P. 096009. doi: 10.1117/1.JBO.21.9.096009
- Goodman J.W. Introduction to Fourier optics. Roberts and Company Publishers, 2005. 491 p.
- Inochkin F.M., Pozzi P., Bezzubik V.V., Belashenkov N.R. Increasing the space-time product of super-resolution structured illumination microscopy by means of two-pattern illumination // Proceedings of SPIE. 2017. V. 10333. P. 103330K. doi: 10.1117/12.2271835
- Mertz J., Kim J. Scanning light-sheet microscopy in the whole mouse brain with HiLo background rejection // Journal of Biomedical Optics. 2010. V. 15. N 1. P. 016027. doi: 10.1117/1.3324890
- Inochkin F., Kruglov S., Bronshtein I. Accurate 3D location estimation of point sources in single-sensor optical systems by means of wavefront phase retrieval and calibration // Proc. 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). 2017. P. 672–677. doi: 10.1109/EIConRus.2017.7910646
- Черноруцкий И.Г. Методы оптимизации: компьютерные технологии. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 384 с.