衡量蔡司激光共聚焦顯微鏡圖片質(zhì)量的主要有三大重要因素：亮度、分辨率和信噪比。能夠大做文章的因素其實(shí)是信噪比。這里我們主要來探討如何提升圖像的信噪比。

　　蔡司激光共聚焦顯微鏡ZEN軟件中能提供三大類提升信噪比的方法

　　一、基于平滑處理的去噪模塊

　　二、基于去卷積的直接去除非焦平面模糊信號(hào)

　　三、基于深度學(xué)習(xí)的人工智能降噪

　　下面我們來具體介紹這三大類方法。

　　通過平滑處理

　　提高信噪比最直接的方法就是去噪，常見的就是在拍攝共聚焦圖片時(shí)候會(huì)選中“Interpolation”這個(gè)按鈕，這也是屬于去噪的一種。其原理是讓兩個(gè)像素點(diǎn)之間的邊界變得模糊，從而使圖片變得柔和，到達(dá)去噪的目的。

　　▲ 圖1. Interpolation功能對(duì)比差異

　　常規(guī)“去噪”和平滑處理類似，去噪的內(nèi)涵是把圖像中的噪點(diǎn)變得平滑，在ZEN軟件的圖像處理模塊中Smooth大類下就包含了很多去噪方法(如表1)。

　　▲ 表1. 各種平滑處理特點(diǎn)注釋

　　除了“Denoise”算法采用小波算法外，其他算法都是常規(guī)線性代數(shù)的方法，小波變換能更多的保留邊緣信號(hào)，就是圖片中的細(xì)節(jié)信息。選中合適的去噪算法，會(huì)讓圖像看起來變得平滑，沒有所謂的噪點(diǎn)。

　　▲ 圖2. Denoise算法處理效果展示。信噪比較差的圖片(共聚焦拍攝時(shí)激光強(qiáng)度極弱，Gain值打的特別高的情況下)，用Denoise算法處理可以得到效果比較好的圖片

　　通過簡(jiǎn)單去卷積

　　——Deblurring模塊

　　去卷積有很多種不同的算法，蔡司ZEN軟件中Deblurring功能用比較簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)了信噪比提升，這個(gè)功能符合很多人對(duì)“去噪”效果的預(yù)期。

　　在Smooth模塊下的去噪算法大多是對(duì)噪點(diǎn)本身下功夫，而Deblurring則考慮了成像過程產(chǎn)生的“噪聲”。

　　Deblurring是基于最鄰近函數(shù)去除背景的一種方法，對(duì)Z-Stack圖像作Deblurring處理的時(shí)候，考慮某一層圖象的噪聲只是由其相鄰兩層圖像帶來的非焦平面信號(hào)和顯微系統(tǒng)本身引起的;處理單張二維圖像的時(shí)候，則是運(yùn)用該圖本身非焦平面的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)估算其相鄰的噪聲。選用Deblurring則是真的會(huì)去除那些噪點(diǎn)，而不是作平滑處理。

　　通過深度學(xué)習(xí)的方法

　　——AI Denoising模塊

　　除了常規(guī)的平滑和去卷積算法外，蔡司ZEN軟件中還有“AI Denoising”模塊，其內(nèi)核是 Noise2Void (N2V) [1]深度學(xué)習(xí)的去噪方法。N2V只需要信噪比很低的圖像就能實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，是一種直接在噪聲圖像上進(jìn)行訓(xùn)練的自我監(jiān)督深度學(xué)習(xí)方法。因此，成像過程中就可以用更低的熒光光強(qiáng)進(jìn)行成像，特別適合活細(xì)胞成像。

　　蔡司ZEN軟件里的AI Denoising主要有兩大板塊構(gòu)成，一個(gè)是在Analysis板塊中的Intellesis Denoising，用戶可以自己訓(xùn)練模型，而不是給一個(gè)通用模型。另一個(gè)就是調(diào)用訓(xùn)練好模型的地方在processing板塊中直接搜索Intellesis Denoising就可以了。

　　N2V只能夠?qū)ο袼攸c(diǎn)獨(dú)立的噪聲進(jìn)行處理，所以想讓AI Denoising效果更好可以對(duì)圖像先進(jìn)行Whitening(白噪聲處理)，然后再去訓(xùn)練AI Denoising的模型，模型訓(xùn)練好后運(yùn)用的時(shí)候，還是要輸入白噪聲處理后的目標(biāo)圖像，最終導(dǎo)出圖像是不含白噪聲的圖像。還有一點(diǎn)小技巧就是用8bit的圖像能獲得更好的去噪效果。

　　AI Denoising不止效果顯著，還可以對(duì)多維圖像進(jìn)行降噪處理。

　　這次介紹了這么多圖像去噪的方法，從普通平滑處理降噪、到非焦平面信號(hào)去除、再到深度學(xué)習(xí)的人工智能降噪，蔡司君相信總有一款是適合要發(fā)表高分文章，攀登科研高峰的你，要不要現(xiàn)在就拿出以前已經(jīng)拍攝好的圖像進(jìn)行搶救一下呢?

　　備注：ZEN 3.4版本及以上才有Deblurring模塊;ZEN 3.6版本及以上才有AI Denoising模塊。