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Weitfeldmikroskopie

Dekonvolution – Bildverarbeitung in der Weitfeldmikroskopie

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Dekonvolution

Wie erwähnt, lässt sich mit der Kenntnis der PSF – auch wenn sie ein theoretischer Wert ist – die durch das optische System entstandene Konvolution umkehren. Um zuverlässige sowie qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erzielen, müssen zuvor allerdings einige Kriterien erfüllt werden. Die Qualität des dekonvolvierten Bildes hängt selbstverständlich auch von der der Ausgangsbilder ab. Eine unabdingbare Voraussetzung für die Dekonvolution ist eine hochwertige CCD-Kamera mit einem linearen Ansprechverhalten über einen breiten Dynamikbereich. Zudem darf das Bild auf keinen Fall überbelichtet werden. Hierfür sind Software-Werkzeuge sehr hilfreich, mit deren Hilfe man gesättigte Bereiche identifizieren und korrigieren kann (z.B. glow over glow under). So kann ein perfekter Kontrast für die Dekonvolution eingestellt werden.

Für optimale Dekonvolutionsergebnisse sollte die Aufnahme eines Z-Stapels oberhalb des zu untersuchenden Objekts beginnen, wo die relevanten Strukturen noch leicht unscharf sind. Dasselbe gilt für das untere Ende. Die Bilderfassung mus außerhalb des Objektes, im nicht fokussierten Bereich enden.

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Bei einer optimalen Einstellung und Bilderfassung wird die restliche Arbeit einem Computer überlassen. Anhand verschiedener Algorithmen beginnt die Dekonvolution mithilfe einer geeigneten PSF zur Neuberechnung der eigentlichen Eigenschaften der Probe. Dies ist ein iterativer Prozess und bedarf eines leistungsfähigen Rechnersystems. Einige der Hauptalgorithmen werden in Tabelle 1 aufgeführt. Hierbei sollte beachtet werden, dass die ersten beiden Algorithmen (No neighbors und Nearest neighbors) in Tabelle 1 keine „Dekonvolution im engeren Sinne“ durchführen. Sie werden unter den Begriff „Dekonvolution im weiteren Sinn“ gefasst, da sie lediglich das Ausgangssignal filtern. Bei diesen Methoden handelt es sich um sog. „Deblurring-“ (Schärfungs-) Prozesse, die die geschätzte Unschärfe subtrahieren. Ihr großer Vorteil liegt in ihrer hohen Geschwindigkeit, jedoch hat das Deblurring massive Auswirkungen auf die Signalintensität, die dadurch deutlich abnimmt.

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