一种光谱拆分方法及其装置与流程

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种光谱拆分方法及其装置。

背景技术：

1、近年来，对小动物荧光成像的研究越来越广泛。在小动物荧光成像的过程中，光谱拆分是一个很重要的步骤，通过光谱拆分可以获取纯净的有用的荧光信号，去除生物组织自发荧光或者设备的零部件自发荧光的干扰，对于小动物荧光信号的定量化分析具有重要意义。

2、图1是通过矩阵运算表示光谱拆分的示意图。其中，荧光图像矩阵v为m行n列，表示由m张拍摄的荧光图像按行向量的方式排列而成，每张荧光图像的像素数量为n；光谱特征矩阵w为m行r列，r个光谱特征列向量按照列向量的方式排列，每一个光谱特征列向量包括m个元素，列数r表示在荧光成像过程中共含有r种发射荧光信号的荧光物质，即r个光谱特征列向量；丰度矩阵h为r行n列，表示各光谱特征列向量在各像素处的权重系数，即荧光信号强度。矩阵运算v=w*h中，w*h表示r个m维光谱特征列向量经不同的线性组合形成荧光图像矩阵。光谱拆分即需要计算出丰度矩阵h。

3、现有技术中，通常采用最小二乘法等矩阵分解方法来计算丰度矩阵h。但这些方法无法在不了解光谱特征列向量的情况下（即光谱特征矩阵w中的光谱特征列向量部分或者全部为未知）计算出丰度矩阵h。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种光谱拆分方法，旨在解决现有技术中光谱特征列向量部分或者全部为未知时无法进行光谱拆分的问题。

2、第一方面，提供了一种光谱拆分方法，包括：

3、获取m张相同尺寸的荧光图像以形成m行n列的第一荧光图像矩阵，m、n分别为大于或者等于1的正整数，n表示每张荧光图像的像素数量；

4、以随机的正小数初始化m行r列的第一光谱特征矩阵，r为大于1的正整数；

5、以随机的正小数初始化r行n列的第一丰度矩阵；

6、根据第一荧光图像矩阵、第一光谱特征矩阵、第一丰度矩阵和k个光谱特征列向量进行预设的非负矩阵分解nmf，直至满足预设的终止条件，k为大于或者等于0的整数，k小于r。

7、第二方面，提供了一种光谱拆分装置，包括：

8、获取单元，用于获取m张相同尺寸的荧光图像以形成m行n列的第一荧光图像矩阵，m、n分别为大于或者等于1的正整数，n表示每张荧光图像的像素数量；

9、第一初始化单元，用于以随机的正小数初始化m行r列的第一光谱特征矩阵，r为大于1的正整数；

10、第二初始化单元，用于以随机的正小数初始化r行n列的第一丰度矩阵；

11、第一矩阵分解单元，用于根据第一荧光图像矩阵、第一光谱特征矩阵、第一丰度矩阵和k个光谱特征列向量进行预设的非负矩阵分解nmf，直至满足预设的终止条件，k为大于或者等于0的整数，k小于r。

12、本发明实施例中的第一光谱特征矩阵中包括r个光谱特征列向量，根据第一荧光图像矩阵、k个已知的光谱特征列向量和由随机的正小数初始化的第一光谱特征矩阵和第一丰度矩阵进行预设的非负矩阵分解nmf，k小于r，在第一光谱特征矩阵中部分或者全部光谱特征列向量为未知的情况下实现了光谱拆分。

技术特征：

1.一种光谱拆分方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以随机的正小数初始化m行r列的第一光谱特征矩阵包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一荧光图像矩阵、所述第一光谱特征矩阵、所述第一丰度矩阵和k个光谱特征列向量进行预设的非负矩阵分解nmf，直至满足预设的终止条件包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在以随机的正小数初始化m行r列的第一光谱特征矩阵之前，还包括：

6.一种光谱拆分装置，其特征在于，所述装置包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一初始化单元包括：

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一矩阵分解单元包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括第二矩阵分解单元，用于根据所述第一荧光图像矩阵、所述第二光谱特征矩阵和所述第二丰度矩阵进行非负矩阵分解nmf，直至满足预设的终止条件。

10.根据权利要求6-9任一项所述的装置，其特征在于，还包括主成分分析单元，用于对所述第一荧光图像矩阵进行主成分分析pca，以确定所述第一荧光图像矩阵中包含的光谱特征列向量的数量r，r为大于1的正整数。

技术总结
本发明实施例提供的光谱拆分方法，包括获取m张相同尺寸的荧光图像以形成第一荧光图像矩阵；以随机的正小数初始化m行r列的第一光谱特征矩阵，r为大于1的正整数；以随机的正小数初始化第一丰度矩阵；根据第一荧光图像矩阵、第一光谱特征矩阵、第一丰度矩阵和k个光谱特征列向量进行预设的非负矩阵分解NMF，直至满足预设的终止条件。本发明实施例中的第一光谱特征矩阵中包括r个光谱特征列向量，根据第一荧光图像矩阵、k个已知的光谱特征列向量和初始化的第一光谱特征矩阵和第一丰度矩阵进行预设NMF，k小于r，在第一光谱特征矩阵中部分或者全部光谱特征列向量为未知的情况下实现了光谱拆分。

技术研发人员：冀高,甘信威,陈华贵
受保护的技术使用者：深圳市瑞沃德生命科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5