CN111866308A - 信噪比调节电路、信噪比调节方法和信噪比调节程序 - Google Patents

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Abstract

信噪比调节电路被配置为确定第一图像的信噪比是否低于第一阈值，以及确定视频序列的第一图像和先前的第二图像之间的成像内容的变化是否低于第二阈值。信噪比调节电路还被配置为，如果信噪比低于第一阈值并且如果变化低于第二阈值，生成与第一图像或第二图像相比具有增加的信噪比的第三图像。

Description

信噪比调节电路、信噪比调节方法和信噪比调节程序
技术领域
示例涉及信噪比调节电路和用于荧光显微镜的显微镜系统。
背景技术
在诸如荧光显微镜和外科显微镜的低光成像应用中，相机的信噪比可能是成像过程的瓶颈。原因是荧光强度可能不够高以在视频帧速率下提供清晰的图像。结果，图像可能变得噪声过大。因此，需要一种用于调节图像的信噪比的改进概念。
发明内容
实施例涉及一种信噪比(SNR)调节电路，被配置为确定第一图像的SNR是否低于第一阈值。此外，SNR调节电路被配置为，确定视频序列的第一图像和先前的第二图像之间的成像内容的变化是否低于第二阈值。SNR调节电路还被配置为，如果SNR低于第一阈值并且如果变化低于第二阈值，生成与第一图像或第二图像相比具有增加的SNR的第三图像。
SNR调节电路确定第一图像的信噪比是否太低以及视频序列中成像内容的变化是否可能太大。取决于第一图像的信噪比以及视频序列的成像内容是否存在变化，可以生成具有增加的SNR的第三图像，第三图像可以可选地在视频序列内使用。
在示例性实施例中，生成第三图像可以包括组合至少两个图像以提供第三图像，这可以通过增加信噪比同时不引入明显的损害来改善视频序列的图像质量。
在另一个示例性实施例中，组合至少两个图像可以包括将至少两个图像相加。
在另一个示例中，组合至少两个图像可以包括：计算至少两个图像的像素值的统计分布；以及基于统计分布来组合至少两个图像。以此方式，为了组合至少两个图像，可以仅考虑满足从计算的统计分布得出的预定标准的像素值，这可以导致第三图像的更高的SNR。
可选实施例还可以使用第一图像和第二图像来计算运动补偿信息。组合至少两个图像可以包括使用运动补偿信息对至少两个图像中的至少一个执行运动补偿。即使第一图像和第二图像的常规组合将导致运动模糊效果，也可以通过使用运动补偿组合第一图像和第二图像。
在另一个实施例中，生成第三图像可以包括使用于捕获第三图像的曝光时间增加。通过使用更长的曝光时间，可以减少噪声影响。
另一个实施例还可以使用具有与第三图像不同的图像特征的第一图像和第二图像来确定成像内容的变化。具有特定特征的第一图像和第二图像可以用于计算例如必要信息，以用于确定成像内容是否可能存在大的变化，这在组合后续图像时可能导致产生运动模糊效果的风险。
在示例性实施例中，第一图像和第二图像可以是白光图像。从两个白光图像中确定的运动补偿可以应用于荧光图像。由于白光图像可能具有高信噪比的事实，因此可以通过使用白光图像来更准确地确定第一图像和第二图像之间成像内容的变化，以便计算出待应用于荧光图像的运动变化。
另一个示例还可以包括被配置为接收包括多个图像的视频序列的输入接口，其可以允许使用信噪比(SNR)调节电路的实施例，作为对现有相机的附加元件。
另一个示例可以生成荧光图像作为第三图像。生成的荧光图像可以用于产生具有增加的SNR而没有明显运动模糊效果的荧光图像的视频序列。
如果SNR低于第一阈值并且如果变化高于第二阈值，另一个实施例可以避免生成具有增加的SNR的第三图像。以此方式，可以避免第三图像的产生，这意味着当SNR的增加可能以不可接受的高运动模糊为代价时，可以不生成第三图像。
作为另一个示例性实施例，显微镜系统可以包括荧光相机、显示器和SNR调节电路。这样的显微镜系统可以具有优点：以荧光图像增加的SNR捕获待观察对象的荧光图像，同时避免运动模糊的产生。可选地，显微镜系统还可以包括白光反射相机，用于捕获白光图像以对成像内容进行运动估计。
作为另一个实施例，信噪比(SNR)调节方法可以包括确定第一图像的SNR是否低于第一阈值。SNR调节方法还包括确定视频序列的第一图像和先前的第二图像之间的成像内容的变化是否低于第二阈值。SNR调节方法还包括：如果SNR低于第一阈值并且如果变化低于第二阈值，生成与第一图像或第二图像相比具有增加的SNR的第三图像。
另一个示例还可以包括使用具有与第三图像不同的图像特征的第一图像和第二图像来确定成像内容的变化。
作为另一个示例性实施例，一种计算机程序可以具有当其在处理器上被执行时使得执行SNR调节方法的程序代码。
附图说明
装置和/或方法的一些示例将在下面仅通过示例的方式并参考附图进行描述，其中
图1示出信噪比调节电路，
图2示出包括信噪比调节电路的显微镜系统，以及
图3是示出SNR调节方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考示出一些示例的附图更全面地描述各种示例。在附图中，为了清楚起见，线、层和/或区域的厚度可能被放大。
因此，尽管其他示例能够进行各种修改和替代形式，但是其一些特定示例在附图中示出并且随后将详细描述。然而，该详细描述没有将其他示例限于所描述的特定形式。其他示例可以涵盖落入本公开范围内的所有修改、等同形式和替代形式。在整个附图的描述中，相同或相似的附图标记指代相同或相似的元件，这些相同或相似的元件可以在彼此比较时被以相同或修改的形式实现，同时可以提供相同或相似的功能。
将理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，这些元件可以直接连接或耦合或经由一个或多个中间元件连接或耦合。如果两个元件A和B使用“或”组合，则应理解为公开所有可能的组合，即，仅A、仅B以及A和B，除非另外明确或隐含地定义。相同组合的替代措词是“A和B中的至少一个”或“A和/或B”。经过适当的修改，这也适用于多于两个元件的组合。
本文出于描述特定示例的目的而使用的术语并不旨在限制其他示例。每当使用诸如“一”、“一个”和“该”的单数形式和仅使用单个元件没有被明确或隐含地定义为强制性时，其他示例也可以使用多个元件来实现相同的功能。同样，当功能随后被描述为使用多个元件实现时，其他示例可以使用单个元件或处理实体来实现相同的功能。将进一步理解的是，术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“具有”在使用时指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、过程、动作、元件、和/或组件，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、过程、动作、元件、组件和/或其任何组的存在或添加。
除非另有定义，否则本文中所有术语(包括技术和科学术语)均以示例所属领域的普通含义使用。
图1示意性地示出SNR调节电路的实施例。
在实施例中，SNR调节电路100可以确定第一图像的SNR是否低于第一阈值。它还可以确定视频序列的第一图像和先前的第二图像之间的成像内容的变化是否低于第二阈值。如果SNR低于第一阈值并且如果变化低于第二阈值，SNR调节电路100可以生成与第一图像或第二图像相比具有增加的SNR的第三图像。
SNR调节电路100确定第一图像的信噪比是否太低以及视频序列中成像内容的变化是否可能对于增加信噪比而言太大。例如，对于成像内容变化很大的视频序列(各个图片之间存在很多移动)，图像的组合可能会导致运动模糊。取决于第一图像的信噪比以及是否可能存在运动模糊，可以生成可以直接添加到视频序列的第三图像。
在示例性实施例中，生成第三图像可以包括组合至少两个图像以提供第三图像。其有利效果可以是通过减少噪声而不明显增加运动模糊效果来直接改善视频序列的图像质量，从而实现用于调节例如显微镜图像的信噪比的改进概念。例如，组合至少两个图像可以包括将至少两个图像相加。
组合至少两个图像还可以或可替代地包括：计算至少两个图像的像素值的统计分布；以及基于统计分布来组合至少两个图像。
这样，为了组合至少两个图像，可以仅考虑满足从计算的统计分布得出的预定标准的像素值，这可以导致第三图像的更高的SNR(以减少噪声)。
用于计算平均SNR像素值和相应标准偏差的可能的计算方法或噪声模型可以是例如高斯噪声模型(正常噪声模型)、瑞利噪声模型、埃尔朗(伽玛)噪声模型、指数噪声模型、均匀噪声模型或脉冲(胡椒盐)噪声模型。
另一个可选实施例还可以使用第一图像和第二图像来计算运动补偿信息。组合至少两个图像可以包括使用运动补偿信息对至少两个图像中的至少一个执行运动补偿。即使第一图像和第二图像的常规组合将导致运动模糊效果，也可以通过使用运动补偿组合第一图像和第二图像。
待组合的至少两个图像可以不一定是用于估计运动的第一图像和第二图像。用于运动估计的第一图像和第二图像可以例如是白光相机的白光图像，而待组合的至少两个图像可以是荧光相机的视频序列的图像。
由于单个图像在不同位置上包含有关同一对象(来自该对象的光)的信息的事实(这是由于成像对象的高速产生的)，因此运动模糊效果可以定义为图像内容的拖尾。
在另一个实施例中，生成第三图像可以包括引起用于捕获第三图像的曝光时间的增加。通过使用更长的曝光时间，可以减少噪声效应。
另一个实施例还可以使用具有与第三图像不同的图像特征的第一图像和第二图像来确定成像内容的变化。具有不同的特定特征的第一图像和第二图像可以用于计算例如必要的数学信息，以用于确定成像内容是否可能存在大的变化，这可能相应地意味着存在运动模糊效果的危险。
不同的图像特征或图像类型可以是白光图像、荧光图像、热图像、X射线图像、TEM图像、REM图像、AFM图像或STM图像。然而，图像类型不限于上述示例。它也可以是任何其他类型的图像特征。
在示例性实施例中，第一图像和第二图像可以是白光图像。从两个白光图像中确定的运动补偿可以应用于荧光图像，从而降低运动模糊效果。由于白光图像的高信噪比，因此可以通过使用白光图像来更准确地确定第一图像和第二图像之间的成像内容的变化，以便计算出待应用于荧光图像的运动变化。
另一个示例还可以包括输入接口110以及输出接口120，输入接口110被配置为接收包括多个图像的视频序列，这可以允许使用信噪比(SNR)调节电路100的实施例作为现有相机的附加元件；输出接口120被配置为输出例如具有较高SNR的第三图像。
另一个示例可以生成荧光图像作为第三图像。生成的荧光图像可以用于产生具有增加的SNR而没有明显运动模糊效果的荧光图像的视频序列。
如果SNR低于第一阈值并且如果变化高于第二阈值，则另一个实施例可以避免生成具有增加的SNR的第三图像。当待观察的对象不移动时，常规方法可以通过增加积分时间并因此降低帧速率来改善图像质量。设置上的这种改变可能改善SNR，但同时会在对象移动时经受运动模糊。因此在这种情况下，按照惯例，通常将相机设置为在噪声和运动模糊之间提供良好折衷的调节值，但是这并不能在所有操作条件下利用最佳图像质量。然而，SNR调节电路的实施例在潜在引起的运动模糊可能低于可接受阈值的条件下可以动态地增加SNR。
如图2所示，另一个示例性实施例可以是显微镜系统200，显微镜系统200包括荧光相机230、显示器220和SNR调节电路210。可选地，显微镜系统200还可以包括用于采集白光图像的白光反射相机240。通过使用显示器220，例如，外科医生可以通过荧光视频序列检查他是否按期望进行了相应的手术。
这样的显微镜系统可以具有优点：以荧光图像的增加的SNR捕获待观察对象的荧光图像，同时避免运动模糊的产生。可选地，显微镜系统还可以包括白光反射相机，用于捕获白光图像以对成像内容进行运动估计。
显微镜系统可以是光学显微镜、荧光显微镜、提供这两种功能的光学显微镜和荧光显微镜的组合。然而，显微镜系统不限于上述示例。
显示器可以是LED显示器、OLED显示器、具有实现的触摸面板或CRT屏幕或监视器的LED或OLED显示器。然而，显示器的类型不限于上述示例。它也可以是任何其他类型的显示器。
SNR调节电路可以是直接在显微镜中实现的半导体电路，在显微镜内部或与微型显微镜进行外部连接以便执行用于执行SNR调节方法的计算机程序的CPU/计算机，或者是经由Wi-Fi或蓝牙连接到移动设备(像例如智能手机或平板电脑)的电路。然而，SNR调节电路的类型不限于以上示例。
视频相机可以是光学相机、荧光相机、热成像相机或任何其他类型的相机。
白光反射相机240可以包括能够采集白光图像的两个或更多个白光反射相机241至241+N。
在图3中示出示例性实施例。SNR调节方法可以包括以下步骤：310，确定第一图像的SNR是否低于第一阈值；320，确定视频序列的第一图像和先前的第二图像之间的成像内容的变化是否低于第二阈值；以及330，如果SNR可以低于第一阈值并且如果变化可以低于第二阈值，生成与第一图像或第二图像相比具有增加的SNR的第三图像。
在附加示例中，SNR调节方法还可以包括：320a，使用具有与第三图像不同的图像特征的第一图像和第二图像来确定成像内容的变化，这也示出在图3中。
详细地，确定第一图像的SNR是否可能低于第一阈值意味着确定第一图像中的噪声是否可能太高。确定视频序列的第一图像和先前的第二图像之间的成像内容的变化是否可能低于第二阈值，意味着确定观察对象的移动是否会产生视频序列中的运动模糊效果，特别是在视频序列的第一图像和第二图像之间的后续图像的变化中。如果运动模糊效果的程度过高而无法获得合适的视频序列，则可以生成第三图像，这意味着生成的第三图像可以是作为后续图像添加到视频序列中的附加图像，以便增加每秒帧数，从而减少运动模糊。
该方法不限于提供后续荧光图像。它也可以应用于热图像、X射线图像、TEM图像、REM图像、AFM图像或STM图像。然而，图像类型不限于上述示例。它也可以是任何其他类型的图像特征。
作为另一个附加实施例，计算机程序可以具有用于当在处理器上执行时使得执行SNR调节方法的程序代码。
该计算机程序可以是用于操作显微镜的软件，显微镜包括用于执行SNR调节方法的SNR调节电路。
如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联列出的项目中的一个或多个的任何和所有组合，并且可以缩写为“/”。
尽管已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是很明显，这些方面也表示对应方法的描述，其中框或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对相应装置的相应框或项目或特征的描述。方法步骤中的一些或全部可以通过(或使用)硬件装置来执行，像例如，处理器、微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，这种装置可以执行一些最重要的方法步骤中的一个或多个。
取决于某些实现要求，本发明的实施例可以以硬件或软件来实现。可以使用非暂时性存储介质(诸如数字存储介质，例如软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM和EPROM、EEPROM或FLASH存储器)执行实现，非暂时性存储介质具有存储在其上的电子可读控制信号，该电子可读控制信号与可编程计算机系统协作(或能够协作)，从而执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体，电子可读控制信号能够与可编程计算机系统协作，从而执行本文描述的方法中的一种。
通常，本发明的实施例可以被实现为具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，程序代码可操作地用于执行方法中的一种。程序代码可以例如被存储在机器可读载体上。
其他实施例包括存储在机器可读载体上的用于执行本文描述的方法中的一种的计算机程序。
换句话说，因此，本发明的实施例是一种具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，程序代码执行本文描述的方法中的一种。
因此，本发明的另一个实施例是一种存储介质(或数据载体、或计算机可读介质)，存储介质包括存储在其上的计算机程序，计算机程序用于当由处理器执行时执行本文描述的方法中的一种。数据载体、数字存储介质或记录介质通常是有形的和/或非暂时的。本发明的另一个实施例是如本文描述的装置，装置包括处理器和存储介质。
因此，本发明的另一个实施例是表示用于执行本文描述的方法中的一种的计算机程序的数据流或信号序列。数据流或信号序列可以例如被配置为经由数据通信连接(例如经由互联网)来传输。
另一个实施例包括处理装置，例如计算机或可编程逻辑设备，其被配置为或适于执行本文描述的方法中的一种。
另一个实施例包括一种计算机，该计算机上安装有用于执行本文描述的方法中的一种的计算机程序。
根据本发明的另一个实施例包括被配置为将用于执行本文描述的方法中的一种的计算机程序(例如，电子地或光学地)传送到接收器的装置或系统。接收器可以是例如计算机、移动设备、存储设备等。设备或系统可以例如包括用于将计算机程序传送到接收器的文件服务器。
在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)可以用于执行本文描述的方法的一些或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作以便执行本文描述的方法中的一种。通常，方法优选地由任何硬件装置执行。
附图标记列表
100SNR调节电路
110输入接口
120输出接口
200显微镜系统
210SNR调节电路
220显示器
230荧光相机
240白光反射相机
310确定第一图像的SNR是否低于第一阈值
320确定视频序列的第一图像和先前的第二图像之间的成像内容的变化是否低于第二阈值
320a使用具有与第三图像不同的图像特征的第一图像和第二图像确定成像内容的变化
330如果SNR低于第一阈值并且如果变化低于第二阈值，生成与第一图像或第二图像相比具有增加的SNR的第三图像

Claims (15)

1.一种信噪比调节电路(110)，被配置为：
确定第一图像的信噪比是否低于第一阈值；
确定视频序列的第一图像和先前的第二图像之间的成像内容的变化是否低于第二阈值；以及
如果信噪比低于第一阈值并且如果变化低于第二阈值，生成与第一图像或第二图像相比具有增加的信噪比的第三图像。
2.根据权利要求1所述的信噪比调节电路(110)，其中，生成第三图像包括组合至少两个图像以提供第三图像。
3.根据权利要求2所述的信噪比调节电路(110)，其中，组合至少两个图像包括将至少两个图像相加。
4.根据权利要求2所述的信噪比调节电路(110)，其中，组合至少两个图像包括：
计算至少两个图像的像素值的统计分布，以及
基于统计分布来组合至少两个图像。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的信噪比调节电路(110)，还被配置为：
使用第一图像和第二图像计算运动补偿信息，其中
组合至少两个图像包括使用运动补偿信息对至少两个图像中的至少一个执行运动补偿。
6.根据权利要求1所述的信噪比调节电路(110)，其中，生成第三图像包括使用于捕获第三图像的曝光时间增加。
7.根据前述权利要求中任一项所述的信噪比调节电路(110)，还被配置为：
使用具有与第三图像不同的图像特征的第一图像和第二图像来确定成像内容的变化。
8.根据前述权利要求中任一项所述的信噪比调节电路(110)，其中，第一图像和第二图像是白光图像。
9.根据前述权利要求中任一项所述的信噪比调节电路(110)，还包括：
输入接口，输入接口被配置为接收包括多个图像的视频序列。
10.根据前述权利要求中任一项所述的信噪比调节电路(110)，被配置为生成荧光图像作为第三图像。
11.根据前述权利要求中任一项所述的信噪比调节电路(110)，还被配置为，如果信噪比低于第一阈值并且如果变化高于第二阈值，不生成具有增加的信噪比的第三图像。
12.一种显微镜系统，包括：
荧光相机(230)、显示器(220)和根据权利要求1-11所述的信噪比调节电路(210)。
13.一种信噪比调节方法，包括：
确定第一图像的信噪比是否低于第一阈值(310)；
确定视频序列的第一图像和先前的第二图像之间的成像内容的变化是否低于第二阈值(320)；以及
如果信噪比低于第一阈值并且如果变化低于第二阈值，生成与第一图像或第二图像相比具有增加的信噪比的第三图像(330)。
14.根据权利要求13所述的信噪比调节方法，还包括：
使用具有与第三图像不同的图像特征的第一图像和第二图像确定成像内容的变化(320a)。
15.一种具有程序代码的计算机程序，程序代码当在处理器上被执行时，使得执行根据权利要求13-14中任一项所述的方法。
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