本技术介绍了一种用于便携式生物医学检测的光量子比特特征增强提取方法。该技术融合了多种图像预处理与特征提取技术,旨在提升光量子比特特征的识别精度,适用于现场快速检测。
背景技术
荧光纳米金刚石(FND)因其独特的光学性质,在生物医学检测中被广泛应用。FND具有高亮度、长寿命和良好的生物相容性,特别适用于生物标记和成像。然而,传统的图像处理方法在检测和增强FND产生的光量子比特特征时面临诸多挑战,如背景噪声干扰、图像对比度不足以及特征提取精度不高等问题。
现有技术中,图像去噪和增强技术已被广泛应用于医学成像领域。例如,稀疏编码和边缘检测技术常用于增强图像特征。稀疏编码通过学习一组过完备的字典,可以有效地表示和重构图像特征,从而提高特征提取的准确性(Zhou,W.,Yi,Y.,Bao,J.,etal.2019.Adaptive weighted locality-constrained sparse coding for glaucoma diagnosis.Med.Biol.Eng.Comput.57,2055-2067.)。边缘检测技术通过识别图像中的边缘像素,可以在保留关键细节的同时去除大部分背景噪声(Vilimek,D.,Kubikova,K.,J.,Barvik,D.,Penhaker,M.,Cerny,M.,Augustynek,M.,and Oczka,D.2019.Aquantitative and comparative analysis of edge detectors for biomedical imageidentification within dynamical noise effect.Med.Biol.Eng.Comput.57,2055-2067.)。然而,这些方法在处理光量子比特特征时仍然存在不足。稀疏编码在处理复杂背景图像时,其效果有限,因为背景噪声可能会干扰字典学习的过程。边缘检测虽然能有效识别图像中的边缘,但在处理低对比度图像时,增强效果不明显。此外,这些方法在应用于光量子比特特征图像时,常常无法有效突出目标特征,导致特征提取精度不足。
在特征提取方面,现有方法主要集中于图像的多尺度特征提取和深度学习技术。例如,尺度不变特征变换(SIFT)是一种常用于图像特征提取的多尺度技术,通过检测关键点和描述符,可以有效提取图像中的局部特征(Zheng,L.,and Qian,G.2012.A SIFT-BasedApproach for Image Registration.In Green Communications and Networks,Yang,Y.and Ma,M.(Eds.),Lecture Notes in Electrical Engineering,vol 113.Springer,Dordrecht,39-44.)。U-Net是一种常用于医学图像分割的网络结构,通过编码-解码架构和跳跃连接,可以在保留图像细节的同时实现高精度的特征提取(onneberger,O.,Fischer,P.,and Brox,T.2015.U-Net:Convolutional Networks for Biomedical ImageSegmentation.Med.Image Comput.Comput.Assist.Interv.234-241.)。
然而,这些方法在FND产生的光量子比特特征提取方面也面临一些挑战。例如,如何为深度学习模型生成高质量的标签数据仍然是一个难点。医学图像的标注通常需要专业知识和大量时间,这导致了标注数据的缺乏和标注质量的不一致(Vilimek,D.,Kubikova,K.,J.,Barvik,D.,Penhaker,M.,Cerny,M.,Augustynek,M.,and Oczka,D.2019.Towards a better understanding of annotation tools for medicalimaging:a survey.Multimedia Tools and Applications 57,2055-2067.)。此外,深度学习模型在处理高噪声和低对比度图像时,仍然可能无法实现最佳性能。FND样本的随机性很大,如何进行有效的标注也是一个重大挑战。传统的标注方法需要专家手工标注,费时费力且易受主观因素影响。为解决这一问题,自动标注技术和主动学习方法开始受到关注。例如,利用基于规则的自动标注技术可以在一定程度上减少手工标注的工作量,而主动学习方法可以通过选择性标注提高标注效率和质量(Spanier,A.B.,and Joskowicz,L.2014.Rule-based ventral cavity multi-organ automatic segmentation in CTscans.In Medical Computer Vision:Algorithms for Big Data(MCV 2014),Menze,B.etal.(Eds.),Lecture Notes in Computer Science,vol 8848.Springer,Cham,39-44.)。
综上所述,现有技术在光量子比特特征提取和标注方面存在许多不足,亟需一种新的方法来解决这些问题,提高检测的准确性和可靠性。
实现思路