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利用Mumford-Shah函数同时重建和分割电子层析成像。 (英语) Zbl 1408.94590号

摘要:电子显微照相(EM)是一种测定大分子复合物和生物样品结构的检测方法。然而,EM系统中的一些限制,包括低信噪比、有限的倾斜角度范围、只有一个受电子暴露影响的子区域以及样本的无意移动,使得重建过程严重不合理。由于这些限制,重建图像中可能存在严重的伪影。本文首先设计了一种快速计算辐射路径的算法。然后,我们将使用Mumford-Shah模型的迭代重建算法与伪影减少策略相结合。该组合方法不仅可以正则化图像的不适定性,同时提供重建和分割,而且可以平滑由于数据有限而产生的附加伪影。我们还改进了用于计算辐射路径的算法,以加快重建速度。该算法被转换为OpenCL程序和内核函数,通过GPU沿射线异步并行更新重建图像。我们在模拟和实际EM数据上测试了该方法。结果表明,本文提出的减少伪影的Mumford-Shah算法在保留和增强重建图像边缘的同时,可以减少噪声和伪影。

MSC公司:

94A08型 信息与通信理论中的图像处理(压缩、重建等)
15A29号 线性代数中的反问题
第47页第52页 线性算子和不适定问题,正则化
68平方英寸10 图像处理的计算方法
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全文: 内政部

参考文献:

[1] L.Ambrosio;V.M.Tortorelli,《关于自由不连续问题的近似》,Boll。联合国。材料意大利语。B、 6105-123(1992)·Zbl 0776.49029号
[2] S.Bonettini;M.普拉托;S.Rebegoldi,带广义梯度投影的循环块坐标下降法,应用。数学。计算。,286, 288-300 (2016) ·Zbl 1410.90161号 ·doi:10.1016/j.amc.2016.04.031
[3] S.Bonettini,非精确块坐标下降法及其在非负矩阵分解中的应用,IMA数值分析杂志,311431-1452(2011)·Zbl 1235.65061号 ·doi:10.1093/imanum/drq024
[4] D.Fanelli和O.洗ktem。电子层析成像:一个简短的概述,重点是正问题的吸收势模型,反问题,24(2008),013001,51页·Zbl 1137.78306号
[5] J.Frikel;E.T.Quinto,有限角度断层扫描中伪影的表征和减少,逆向问题,292091-2128(2013)·Zbl 1284.92044号 ·数字对象标识代码:10.1088/0266-5611/29/125007
[6] A.藤本;田中T.Tanaka;岩田,《艺术:加速光线追踪系统》,IEEE计算机图形与应用,6,16-26(1986)
[7] A.Zampighi Guido、S.Cataldo、M.Zampighin Lorenzo、W.Michael、M.Wright Ernest和C.Brecha Nicholas,带状突触的锥形断层扫描:囊泡融合的结构证据,Plos One,6(2011),e16944。
[8] G、 T.Herman和J.Frank,《三维显微重建的计算方法》,纽约施普林格出版社,2014年·Zbl 1281.92003年
[9] X.Huang;L.Sun;S.Ji;T.Zhao;W.Zhang;徐智杰;J.Zhang;Y.Wang;X.Wang;C.弗兰齐尼·阿姆斯特朗;郑先生;H.Cheng,接吻和纳米隧道在心脏中调节软骨间通讯,美国国家科学院院刊,110,2846-2851(2013)
[10] M.Jiang、P.Maass和T.Page,成像应用中mumford-shah泛函的正则化性质,反问题,30(2014),035007,17 pp·Zbl 1293.94016号
[11] Y.M.Jung;S.H.Kang;沈俊杰,基于modica-mortola相变的多相图像分割,SIAM应用数学杂志,671213-1232(2007)·Zbl 1147.68802号 ·数字对象标识代码:10.1137/060662708
[12] E.Klann,有限数据断层扫描的类mumford-shah方法及其在电子断层扫描中的应用,SIAM成像科学杂志,41029-1048(2011)·Zbl 1238.94005号 ·doi:10.1137/100817371
[13] J.Klukowska;D.Ran;G.T.Herman,Snark09从一维投影重建二维图像的软件包,生物医学中的计算机方法和程序,110,424-440(2013)
[14] A.Kucukelbir;F.J.Sigworth;H.D.Tagare,《量化冷冻电镜密度图的局部分辨率》,《自然方法》,11,63-65(2014)
[15] S.Lanzavecchia;F.Cantele;P.L.Bellon;赞皮吉;M.Kreman;E.Wright;G.A.Zampighi,冷冻断裂复制品的锥形断层扫描:一种研究磷脂双层中插入的整体膜蛋白的方法,结构生物学杂志,14987-98(2005)
[16] 李彦宏;J.Kim,使用相场模型的多相图像分割,计算机和数学应用,62737-745(2011)·邮编:1228.94009 ·doi:10.1016/j.camwa.2011.05.054
[17] 刘永康,宋海英和(B.\rm{\ddot{Z}})alik,一种沿直线遍历体素的通用多步算法,计算机图形论坛,(2008),73-80。
[18] G.Luo,M.Jiang和P.Maass,基于mumford-shah正则化的同步图像重建和分割的异步并行Fpga加速,2015年。
[19] R.Marabini;E.Rietzel;施罗德;G.T.赫尔曼;J.M.Carazo,根据单轴倾斜模式获得的低噪声图像集进行三维重建:新三维重建算法的应用和与加权反投影的客观比较,结构生物学杂志,120363-371(1998)
[20] 莫迪卡(L.Modica);S.Mortola,Un esempio di(γ)-convergenza,Bollettino Della Unione Matematica Italiana B,14,285-299(1977)·Zbl 0356.49008号
[21] D.芒福德;J.Shah,分段光滑函数的最佳逼近及相关变量问题,《纯粹数学与应用数学通讯》,42,577-685(1989)·Zbl 0691.49036号
[22] A.Munshi,《opencl规范》,2009年IEEE热芯片21研讨会(HCS),(2009),1-314。
[23] S.Nickell;F.Förster;A.Linaroudis;W.Del Net公司;F.Beck;R.黑格尔;W.Baumeister;J.M.Plitzko,Tom software toolbox:电子断层成像的采集和分析,《结构生物学杂志》,149227-234(2005)
[24] O.Øktem,《电子断层成像数学》,成像数学方法手册,纽约州纽约市斯普林格市,(2015),937-1031·Zbl 1395.94056号
[25] E.T.Quinto;U.Skoglund;O.Oktem,电子λ层析成像,美国国家科学院学报,106,21842-7(2009)
[26] M.Radermacher,加权反向投影方法,电子层析成像:细胞结构三维可视化方法,纽约州纽约市斯普林格市,(2006),245-273。
[27] R.Ramlau和W.Ring,带周界惩罚的不适定mumford-shah模型的正则化,反问题,26(2010),115001,25页·Zbl 1226.47105号
[28] L.Reimer,《透射电子显微镜:图像形成和微观分析物理学》,Springer-Verlag出版社,1989年。
[29] H.Rullgárd;L.-G.Øfverstedt;S.Masich;B.丹霍尔特;O.Øktem,《生物标本透射电子显微镜图像的模拟》,《显微镜杂志》,243234-256(2011)
[30] W.Shang;F.Lu;T.Sun;徐智杰;李立群;Y.Wang;G.Wang;L.Chen;X.王;M.B.Cannell,利用新型靶向生物传感器成像心脏中的钙纳米公园,循环研究,114,412-420(2014)
[31] R.L.Siddon,三维ct阵列精确放射路径的快速计算,医学物理学,1252-255(1985)
[32] J.E.斯通;D.戈哈拉;G.Shi,Opencl:异构计算系统的并行编程标准,《科学与工程计算》,12,66-72(2010)
[33] E.桑德曼;F.Jacobs;M.克里斯蒂安斯;B.德萨特;I.Lemahieu,通过像素或体素空间计算准确辐射路径的快速算法,《计算与信息技术杂志》,689-94(1998)
[34] A.R.Webb,统计模式识别。2002年第2版·Zbl 1102.68639号
[35] S.J.Wright,坐标下降算法,数学。程序。,151,序列号。B、 3-34(2015)·Zbl 1317.49038号 ·doi:10.1007/s10107-015-0892-3
[36] \(B.\rm{\ddot{Z}}\)alik;G.耐夹性\({\rm{\ddot{C}}\)。Oblon \({\rm{\ddot{s}})ek,一种高效的基于代码的体素遍历算法,计算机图形论坛,16,119-128(1997)
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