The spatial resolution of images of living samples obtained by fluorescence microscopes is physically limited due to the diffraction of visible light, which makes the study of entities of size less than the diffraction barrier (around 200 nm in the x-y plane) very challenging. To overcome this limitation, several deconvolution and super-resolution techniques have been proposed. Within the framework of inverse problems, modern approaches in fluorescence microscopy reconstruct a super-resolved image from a temporal stack of frames by carefully designing suitable hand-crafted sparsity-promoting regularisers. Numerically, such approaches are solved by proximal gradient-based iterative schemes. Aiming at obtaining a reconstruction more adapted to sample geometries (e.g. thin filaments), we adopt a plug-and-play denoising approach with convergence guarantees and replace the proximity operator associated with the explicit image regulariser with an image denoiser (i.e. a pre-trained network) which, upon appropriate training, mimics the action of an implicit prior. To account for the independence of the fluctuations between molecules, the model relies on second-order statistics. The denoiser is then trained on covariance images coming from data representing sequences of fluctuating fluorescent molecules with filament structure. The method is evaluated on both simulated and real fluorescence microscopy images, showing its ability to correctly reconstruct filament structures with high values of peak signal-to-noise ratio (PSNR).


翻译:荧光显微镜获取活体样本图像的空间分辨率受可见光衍射的物理限制,这使得研究尺寸小于衍射极限(在xy平面约为200纳米)的实体极具挑战。为克服这一限制,研究者提出了多种解卷积与超分辨率技术。在逆问题框架下,现代荧光显微镜方法通过精心设计合适的显式稀疏性正则化项,从时间序列图像堆栈中重建超分辨率图像。数值求解这类方法通常采用基于近端梯度的迭代算法。为获得更适应样本几何结构(如细丝结构)的重建结果,我们采用具有收敛保证的即插即用去噪方法,将显式图像正则化项对应的近端算子替换为图像去噪器(即预训练网络),该网络通过适当训练可模拟隐式先验的作用。为描述分子间波动的独立性,模型基于二阶统计量构建。去噪器使用来自具有细丝结构的波动荧光分子序列数据的协方差图像进行训练。该方法在模拟与真实荧光显微镜图像上均进行了评估,结果表明其能正确重建细丝结构,并具有高峰值信噪比。

0
下载
关闭预览

相关内容

Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
2019年机器学习框架回顾
专知会员服务
36+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月25日
Arxiv
21+阅读 · 2018年5月23日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
19+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
11+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员