專利名稱：一種多焦點多光子顯微鏡成像數(shù)據(jù)的無損壓縮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多焦點多光子顯微鏡成像領(lǐng)域，涉及一種多焦點多光子顯微鏡成像數(shù)
據(jù)的無損壓縮方法。
背景技術(shù)：
多焦點多光子顯微鏡是當今世界上最為有效的生物組織三維成像技術(shù)之一。這項技術(shù)是在傳統(tǒng)熒光顯微鏡成像基礎(chǔ)上采用激光作為光源，加裝了激光掃描裝置，用近紅外激光匯聚在焦點位置使之實現(xiàn)多光子熒光激發(fā)，同時利用多光子激發(fā)達到了減弱光損害及光漂白的作用，進而得到的高分辨率的細胞或組織內(nèi)部細微結(jié)構(gòu)的熒光圖像，并利用計算機的圖像處理技術(shù)，使研究者能夠觀察細胞或組織內(nèi)部的微細結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化。目前多焦點多光子顯微鏡已成為形態(tài)學(xué)、分子細胞生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、腫瘤研究和光學(xué)活體檢測等領(lǐng)域中重要的研究手段。 由于多焦點多光子顯微鏡較傳統(tǒng)的雙光子顯微鏡，有著成像速度更快、成像深度與對比度的效果明顯的優(yōu)勢。然而，這種發(fā)展也造成了其成像的顯微圖像數(shù)據(jù)量變得越來越巨大。如本說明書中具體實踐方式部分所引用的肝臟標本成像數(shù)據(jù)僅一處掃描的數(shù)據(jù)塊就達4MB，進行一次完整掃描檢測的數(shù)據(jù)量將達GB量級。如此龐大的數(shù)據(jù)量給圖像的存儲、傳輸以及讀取技術(shù)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，解決這類問題的關(guān)鍵技術(shù)之一就是多焦點多光子顯微鏡圖像數(shù)據(jù)的無損壓縮技術(shù)。其目的就是保證掃描獲取的圖像質(zhì)量沒有任何損失的前提下，將圖像信息現(xiàn)有表達轉(zhuǎn)變成另外一種能使數(shù)據(jù)量減少的表達形式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多焦點多光子顯微鏡成像數(shù)據(jù)的無損壓縮方法。 本發(fā)明的多焦點多光子顯微鏡成像數(shù)據(jù)的無損壓縮方法包括從成像數(shù)據(jù)文件中
提取二進制格式的成像數(shù)據(jù)以及對圖像數(shù)據(jù)塊進行無損壓縮，采用如下具體步驟 步驟(1)讀取多焦點多光子顯微鏡成像的二進制格式數(shù)據(jù)文件，使該二進制格式
數(shù)據(jù)文件生成分辨率為MXN、每個像素為8位、共L層的圖像。M、N和L均由多焦點多光子
顯微鏡的掃描成像特性決定。 二進制格式數(shù)據(jù)文件形成L層的MXN分辨率的圖像矩陣，將其存儲于三維矩陣img(即成像數(shù)據(jù)塊所形成的分層成像圖像，其大小為MXNXL，元素取值范圍為0 255)中。 步驟(2)提取三維矩陣img的第i層數(shù)據(jù)作為壓縮的輸入，采用霍夫曼編碼方法來對第i層的圖像數(shù)據(jù)進行壓縮，其中1《i《L，具體方法如下 ①統(tǒng)計第i層圖像中不同像素值的數(shù)目得數(shù)值k，生成一個2 X k維的數(shù)組P，數(shù)組P的第1行按從小到大順序存放第i層圖像的各像素值，第2行存放各像素值出現(xiàn)的概率；
②生成一個1 X k維元胞矩陣S，將數(shù)組P第1行元素依次賦給S ;把數(shù)組P以列為單位按其概率值由小到大排列，并使元胞矩陣S按照數(shù)組P的排序順序進行排序；
③把數(shù)組P中最小概率P (1)和次最小概率P (2)之和置于次最小概率P (2)位置，其中P(l)《P(2)，元胞矩陣S相應(yīng)地將數(shù)組P中最小概率P(1)對應(yīng)的元素S(1)和次最小概率P(2)對應(yīng)的元素S(2)構(gòu)成矩陣后存放于元素S(2)對應(yīng)的位置；刪除數(shù)組元素P(l)及元胞矩陣S中元素S(1); 把數(shù)組P按其概率值重新由小到大排序，元胞矩陣S按照數(shù)組P排序順序進行排序； ⑤重復(fù)步驟③和④，直到數(shù)組P中只剩下兩個概率為止； ⑥對元胞矩陣S進行編碼，S(1)處記為"0"，S(2)處記為"1";對元胞矩陣S進行
k次遍歷，每一次遍歷需遍歷到元胞矩陣最里端的元素為圖像的像素值； ⑦記錄每一次從最里端元素像素值到元胞矩陣最外層元素的遍歷路徑上的"1"和
"0";把記錄的每一像素值按照從內(nèi)到外路徑上順序的"1"和"0"作為各點像素值的編碼；
⑧對第i層圖像所出現(xiàn)的所有像素值按照步驟⑥和步驟⑦形成第i層編碼表；
⑨把第i層圖像的所有像素值按照第i層編碼表編碼得到第i層圖像的無損壓縮
數(shù)據(jù)文件； 步驟(3)按照步驟(2)的方法壓縮三維矩陣img中的其他單層，完成多焦點多光子顯微鏡成像數(shù)據(jù)的無損壓縮。 本發(fā)明采用將多焦點多光子顯微鏡成像圖像數(shù)據(jù)塊按霍夫曼(Huffman)編碼規(guī)則進行編碼形成新的數(shù)據(jù)文件達到壓縮數(shù)據(jù)的目的，其最大的優(yōu)點是借鑒了 Huffman編碼的唯一性的特點無損壓縮多焦點多光子顯微鏡成像圖像數(shù)據(jù)塊，使原始數(shù)據(jù)塊在沒有任何信息損失的情況下有了一定的壓縮率。
具體實施例方式
多焦點多光子顯微鏡成像數(shù)據(jù)的無損壓縮方法，包括從成像數(shù)據(jù)文件中提取二進制格式的成像數(shù)據(jù)以及對圖像數(shù)據(jù)塊進行無損壓縮，在MATLAB6. 5編程平臺上采用如下具體步驟 步驟(1)使用fopen()函數(shù)打開、fread()函數(shù)讀取多焦點多光子顯微鏡成像的二進制格式數(shù)據(jù)文件gfp_106000. int，使該二進制格式數(shù)據(jù)文件生成分辨率為192X192、每個像素為8位、共30層的圖像。 二進制格式數(shù)據(jù)文件形成30層的192X 192分辨率的圖像矩陣，將其存儲于三維矩陣img(即成像數(shù)據(jù)塊所形成的分層成像圖像，其大小為192X192X30，元素取值范圍為0 255)中。 步驟(2)提取三維矩陣img的第1層數(shù)據(jù)作為壓縮所用的輸入(即f (x， y)=
img(: ， ，l))，采用霍夫曼編碼方法來對第i層的圖像數(shù)據(jù)進行壓縮，具體方法如下 ①統(tǒng)計第1層圖像中不同像素值的數(shù)目得數(shù)值67，生成一個2X67維的數(shù)組P，數(shù)
組P的第1行按從小到大順序存放第i層圖像的各像素值，第2行存放各像素值出現(xiàn)的概率； ②生成一個1 X 67維元胞矩陣S，將數(shù)組P第1行元素依次賦給S ;把數(shù)組P以列為單位按其概率值由小到大排列，并使元胞矩陣S按照數(shù)組P的排序順序進行排序，即元胞矩陣S中的第一個元素對應(yīng)最小概率值；
③把數(shù)組P中最小概率P (1)和次最小概率P (2)之和置于次最小概率P (2)位置， 其中P(l)《P(2)，元胞矩陣S相應(yīng)地將數(shù)組P中最小概率P(1)對應(yīng)的元素S(1)和次最小 概率P(2)對應(yīng)的元素S(2)構(gòu)成矩陣后存放于元素S(2)對應(yīng)的位置；刪除數(shù)組元素P(l) 及元胞矩陣S中元素S(1); 把數(shù)組P按其概率值重新由小到大排序，元胞矩陣S按照數(shù)組P排序順序進行 排序； ⑤重復(fù)③④兩步，直到數(shù)組P中只剩下兩個概率為止。 ⑥對元胞矩陣S進行編碼，S {1}處記為"0"， S {2}處記為"1";對元胞矩陣S進行
k次遍歷，每一次遍歷需遍歷到元胞矩陣最里端的元素為圖像的像素值； ⑦記錄每一次從最里端元素像素值到元胞矩陣最外層元素的遍歷路徑上的"1"和
"0";把記錄的每一像素值按照從內(nèi)到外路徑上順序的"1"和"0"作為各點像素值的編碼；
⑧對第1層圖像所出現(xiàn)的67個像素值按照步驟⑥⑦形成第1層編碼表；
⑨把第1層圖像的67個像素值按照第1層編碼表編碼得到第1層圖像的無損壓
縮數(shù)據(jù)文件； 步驟(3)按照步驟(2)的方法壓縮三維矩陣img中的其他29層，完成多焦點多光 子顯微鏡成像數(shù)據(jù)的無損壓縮。 步驟(4)采用圖像壓縮比Q對成像圖像的壓縮方法進行定量描述，其表達式如 下 、=— 其中，ni代表原數(shù)據(jù)集合(即原始圖像)中所占據(jù)的存儲空間大小，n2代表經(jīng)過 編碼后的數(shù)據(jù)結(jié)合(即壓縮后的圖像)所占據(jù)的存儲空間大小。 根據(jù)上述公式計算，該圖像塊的第1層圖像數(shù)據(jù)壓縮比為12. 5090 ;參照壓縮比公 式可計算本圖像數(shù)據(jù)塊其他29層的壓縮比。通過使用某肝臟標本數(shù)據(jù)塊文件gfp_106000. int實驗表明，該圖像塊的30層圖像的壓縮比介于10 13之間?？梢?，在圖像質(zhì)量沒有任 何損失、圖像信息沒有任何丟失的情況下具有一定的壓縮率。
權(quán)利要求
一種多焦點多光子顯微鏡成像數(shù)據(jù)的無損壓縮方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟(1)讀取多焦點多光子顯微鏡成像的二進制格式數(shù)據(jù)文件，生成分辨率為M×N、每個像素為8位、共L層的圖像；其中M、N和L均由多焦點多光子顯微鏡的掃描成像特性決定；將二進制格式數(shù)據(jù)文件所形成L層的M×N分辨率的圖像矩陣存儲于三維矩陣img中；步驟(2)提取三維矩陣img的第i層數(shù)據(jù)作為壓縮的輸入，采用霍夫曼編碼方法對第i層的圖像數(shù)據(jù)進行壓縮，其中1≤i≤L，具體方法如下①統(tǒng)計第i層圖像中不同像素值的數(shù)目得數(shù)值k，生成一個2×k維的數(shù)組P，數(shù)組P的第1行按從小到大順序存放第i層圖像的各像素值，第2行存放各像素值出現(xiàn)的概率；②生成一個1×k維元胞矩陣S，將數(shù)組P第1行元素依次賦給S；把數(shù)組P以列為單位按其概率值由小到大排列，并使元胞矩陣S按照數(shù)組P的排序順序進行排序；③把數(shù)組P中最小概率P(1)和次最小概率P(2)之和置于次最小概率P(2)位置，其中P(1)≤P(2)，元胞矩陣S相應(yīng)地將數(shù)組P中最小概率P(1)對應(yīng)的元素S{1}和次最小概率P(2)對應(yīng)的元素S{2}構(gòu)成矩陣后存放于元素S{2}對應(yīng)的位置；刪除數(shù)組元素P(1)及元胞矩陣S中元素S{1}；④把數(shù)組P按其概率值重新由小到大排序，元胞矩陣S按照數(shù)組P排序順序進行排序；⑤重復(fù)步驟③和④，直到數(shù)組P中只剩下兩個概率為止；⑥對元胞矩陣S進行編碼，S{1}記為“0”，S{2}記為“1”；對元胞矩陣S進行k次遍歷，每一次遍歷需遍歷到元胞矩陣最里端的元素為圖像的像素值；⑦記錄每一次從最里端元素像素值到元胞矩陣最外層元素的遍歷路徑上的“1”和“0”；把記錄的每一像素值按照從內(nèi)到外路徑上順序的“1”和“0”作為各點像素值的編碼；⑧對第i層圖像所出現(xiàn)的所有像素值按照步驟⑥和步驟⑦形成第i層編碼表；⑨把第i層圖像的所有像素值按照第i層編碼表編碼得到第i層圖像的無損壓縮數(shù)據(jù)文件；步驟(3)按照步驟(2)的方法壓縮三維矩陣img中的其他單層，完成多焦點多光子顯微鏡成像數(shù)據(jù)的無損壓縮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多焦點多光子顯微鏡成像數(shù)據(jù)的無損壓縮方法?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)壓縮效果不好。本發(fā)明方法包括從成像數(shù)據(jù)文件中提取二進制格式的成像數(shù)據(jù)以及對圖像數(shù)據(jù)塊進行無損壓縮。所提取的二進制格式數(shù)據(jù)文件形成圖像矩陣，對圖像矩陣的任一層圖像數(shù)據(jù)塊壓縮的采用霍夫曼編碼方法得到編碼表；然后將該層的所有像素值按照該編碼表編碼得到無損壓縮數(shù)據(jù)文件；最后按照上述方法得到其他層的無損壓縮數(shù)據(jù)文件。本發(fā)明利用霍夫曼編碼的唯一性的特點壓縮多焦點多光子顯微鏡成像圖像數(shù)據(jù)塊，使原始數(shù)據(jù)塊在沒有任何信息損失的情況下有了一定的壓縮率。
文檔編號G02B21/36GK101738718SQ20101010632
公開日2010年6月16日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者何峰, 吳峰, 王建中, 王瑞榮, 薛安克 申請人:杭州電子科技大學(xué)