顯微尺度的全腦成像對(duì)于大腦功能研究十分重要。本實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了基于時(shí)間延遲積分相機(jī)的熒光顯微光學(xué)切片成像系統(tǒng)（Time delay integration-fluorescence micro-optical sectioning tomography,TDI-fMOST）能在7天左右獲取小鼠全腦亞微米分辨率的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。10 TB級(jí)的數(shù)據(jù)總量和GB級(jí)的單張冠狀面圖像使得圖像的實(shí)時(shí)預(yù)處理和圖像查看難以實(shí)現(xiàn)。針對(duì)這個(gè)問題,本文編寫了圖像預(yù)處理軟件,實(shí)現(xiàn)了在圖像采集同時(shí)實(shí)時(shí)查看圖像的功能。在圖像數(shù)據(jù)采集的同時(shí),利用本地工作站的資源進(jìn)行同步實(shí)時(shí)處理。由于本地工作站內(nèi)存、存儲(chǔ)及運(yùn)算資源受限,為了保證數(shù)據(jù)處理速度不慢于數(shù)據(jù)采集速度,并生成可直接用于后續(xù)圖像查看和分析的圖像文件,本文從本地圖像預(yù)處理,TB級(jí)大體積圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式,以及圖像顯示等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。首先分析了圖像預(yù)處理算法和流程,通過內(nèi)存預(yù)分配和減少圖像預(yù)處理數(shù)據(jù)量的方式,優(yōu)化圖像預(yù)處理算法,在不影響圖像矯正效果的前提下減少內(nèi)存碎片和處理時(shí)間。針對(duì)TB級(jí)全腦圖像數(shù)據(jù)帶來的存儲(chǔ)空間問題,本文從解壓讀取速度的角度,選擇LZ4無損壓縮算... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：77 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1雙通道TDI-fMOST系統(tǒng)采集精細(xì)結(jié)構(gòu)展示（圖片來源于參考文獻(xiàn)[24]）

華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文12率嚴(yán)格保存同步。2.2TDI-fMOST系統(tǒng)圖像預(yù)處理流程在采集過程中，受限于光學(xué)顯微成像系統(tǒng)的視場(chǎng)，在一次成像過程中，并不能完全覆蓋成像鼠腦樣本區(qū)域。需要通過移動(dòng)三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，在樣本表面的橫向、縱向有規(guī)律的移動(dòng)樣本，多次進(jìn)行掃描成像直到整個(gè)樣本表面掃描完畢。整個(gè)樣本表面掃描完畢后通過金剛石刀對(duì)表面一定厚度（1μm）進(jìn)行切削，再對(duì)下一層進(jìn)行采集，重復(fù)先成像后切削的過程。采集一個(gè)完整鼠腦的樣本，其原始圖像的保存方式如圖2.3所示，每個(gè)通道約采集一萬(wàn)張單層的冠狀面圖像，分別以層號(hào)的方式保存在對(duì)應(yīng)的文件夾中，每一層冠狀面圖像被分成幾百個(gè)圖像塊，圖像塊的命名方式為“通道名_層號(hào)_掃描條帶號(hào)_幀數(shù)編號(hào)”。圖2.3TDI-fMOST圖像存儲(chǔ)示意圖：（A）為鼠腦樣本三維示意圖，（B）和（C）為若干圖像塊組成的冠狀面圖像Fig2.3ThestoragepatternofTDI-fMOSTimages:(A)the3Dimagesofmousebrain,(B)and(C)cross-sectionimagescomposedofseveralimageblocks在第一章中已經(jīng)介紹圖像采集過程中的問題，每一個(gè)圖像塊對(duì)應(yīng)當(dāng)前層冠狀面圖像的局部信息，并且單獨(dú)存儲(chǔ)為一個(gè)圖像文件。這樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式十分不便于研究人員進(jìn)行研究，而且在TDI-fMOST系統(tǒng)的成像過程中會(huì)出現(xiàn)亮度不均、多通道圖像數(shù)據(jù)不匹配等問題，因此需要對(duì)原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像預(yù)處理。具體為通過圖

華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文13像預(yù)處理矯正圖像數(shù)據(jù)和生成大體積圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式兩部分。首先需要對(duì)原始圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，校正TDI-fMOST系統(tǒng)采集過程中產(chǎn)生的問題，并對(duì)圖像進(jìn)行拼接，以單張完整冠狀面圖像的形式存儲(chǔ)。然而，單張冠狀面圖像的存儲(chǔ)方式會(huì)在數(shù)據(jù)隨機(jī)訪問時(shí)讀取大量無用信息，為了實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速隨機(jī)訪問，還需要將冠狀面圖像經(jīng)過圖像金字塔分塊處理，格式化為一種用于大體積圖像的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式。2.2.1圖像預(yù)處理算法圖像預(yù)處理算法主要為圖像拼接、圖像最大值投影、圖像降采樣、圖像亮條紋矯正、多通道圖像的配準(zhǔn)和圖像無損壓縮。由于TDI-fMOST系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)集在10TB級(jí)別，工作站中的存儲(chǔ)空間不足以支撐連續(xù)采集圖像數(shù)據(jù)，需要集中的存儲(chǔ)中心來存儲(chǔ)。目前圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在集群中，將TDI-fMOST系統(tǒng)采集到的圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)打包上傳到遠(yuǎn)端集群上進(jìn)行圖像預(yù)處理。整個(gè)方案的圖像預(yù)處理流程圖如圖2.4所示。圖2.4TDI-fMOST系統(tǒng)預(yù)處理流程圖Fig2.4TDI-fMOSTimagepre-processingflowchart

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]并行計(jì)算技術(shù)與并行算法綜述[J]. 胡峰,胡保生.  電腦與信息技術(shù). 1999(05)

博士論文
[1]全腦光學(xué)顯微成像大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的初步構(gòu)建和應(yīng)用[D]. 李宇昕.華中科技大學(xué) 2018
[2]共聚焦熒光顯微光學(xué)切片斷層成像[D]. 齊曉莉.華中科技大學(xué) 2014
[3]雙光子熒光顯微光學(xué)切片斷層成像方法與系統(tǒng)研究[D]. 鄭廷.華中科技大學(xué) 2013
[4]用于繪制高分辨小鼠全腦圖譜的斷層成像系統(tǒng)研究[D]. 李安安.華中科技大學(xué) 2010

碩士論文
[1]TDI-fMOST鼠腦圖集神經(jīng)元軸突投射腦區(qū)定位的軟件初步開發(fā)[D]. 蘇雷.華中科技大學(xué) 2017
[2]TDI-fMOST系統(tǒng)的圖像預(yù)處理方法研究[D]. 賈瑤.華中科技大學(xué) 2017
[3]三通道線掃描熒光成像設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 尚振華.華中科技大學(xué) 2015
[4]結(jié)構(gòu)光顯微鏡連續(xù)斷層圖像預(yù)處理方法研究[D]. 劉杰鵬.華中科技大學(xué) 2015
[5]顯微光學(xué)切片斷層圖像預(yù)處理方法研究[D]. 丁文祥.華中科技大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3561205