HDR图像压缩算法比较研究

高动态范围图像是航空遥感、虚拟现实、医疗图像、跨媒体出版领域中极其重要和广泛应用的一种方法,但所表现的广阔动态范围受到显示和输出处理位数的限制,致使在常规设备上显示和输出HDR图像必须进行原阶调范围的压缩.如何保证阶调压缩后的HDR图像再现效果最佳是目前HDR图像显示的关键技术.本文在分析目前6种代表性高动态范围图像阶调压缩算法机理的基础上,通过对各种算法对HDR图像压缩后再现效果影响的理论分析及实验,采用主观和客观两种评价方法比较了这6种HDR图像压缩算法的优劣.实验结果表明,基于iCAM06图像色貌模型的压缩算法在HDR图像的阶调压缩及再现方面具有明显的优势.     

边缘保持滤波技术在空间色域映射中的应用

正色域映射是跨媒体图像复制中的一项关键技术,主要用以解决图像颜色信息在不同色域大小的颜色设备之间的准确传输。目前已有不少成熟的色域映射算法,其中,按照映射原理可以将色域映射算法分为逐点色域映射和空间色域映射两大类。逐点色域映射方法由于不考虑图像中像素间的颜色关系,因此会造成映射图像的细节丢失。空间色域映射方法考虑了每个映射点的空间颜色关系,是一种更为合理和更符合人类视觉特性的映射方法。但是,目前空间色域映射算法需要进行很多细节补偿,这将会产生视觉上较为明显的光晕效应。     

Lab分通道直方图的彩色图像分割算法及应用

本文针对传统灰度直方图分割法未综合考虑图像色度及纹理特征、对灰度差异不明显或灰度范围重叠的图像出现过分割或欠分割等问题，提出一种新的基于Lab分通道直方图的彩色图像分割算法，引入具有序列不相关性的亮度L通道、红绿a通道及蓝黄b通道3种分割依据，通过Newton插值法进行拟合运算，可针对不同亮度、色度属性图像进行自由选择，并运用邻域灰度值相匹配原则解决相邻目标区域边缘像素的准确匹配问题，分局部、分形态、分区域实现图像中不同目标的提取。经验证，该法对区域亮度差异较大图像及区域色度差异显著于亮度差异图像的分割效果，均优于传统灰度直方图分割法，极大提升了直方图分割算法的适用性。将其与经典Reinhard色彩迁移算法结合，将源图像感兴趣目标区域经分通道分割后分别进行色彩迁移变换，较好解决了经典Reinhard算法对图像非目标区域的干扰、色彩误传及阶调层次损失严重等问题，突破传统迁移算法只能整体着色的局限性，实现分区域精准着色。     

基于WCS色彩管理系统跨媒体颜色复制准确性的研究

微软公司推出的Windows Vista操作系统采用WCS(Windows ColorSystem)色彩管理系统,利用基于测量的设备特性文件,结合相应的设备模型,得到设备颜色空间和标准颜色空间之间的映射.WCS采用CIECAM02色貌模型,所有的颜色转换都在CIECAM02中进行,从而可以预测不同视觉条件下的颜色视觉属性.本论文首先在分析研究由微软和佳能公司联合开发的新一代基于色貌模型CIECAM02的WCS色彩管理的特点和工作流程基础上,根据WCS设备模型特性文件方案和显示器测量数据,利用XML语言编写了显示器的WCS设备模型特性文件,设计出利用显示器模拟跨媒体色彩传输的实验路径和方法,使得跨媒体传输色彩的结果可以直观地进行评价;对ICC色彩管理系统下输出的图像和在WCS色彩管理系统下输出的图像进行了比较.结果进一步证实,WCS色彩管理系统较ICC色彩管理系统具有在色彩实时转换和跨媒体方面的优点.本课题的研究成果对利用WCS色彩管理系统实现高保真的色彩复制具有一定的指导意义.     

再现图像细节抑制散斑噪声技术研究

为了消除数字全息再现像产生的散斑噪声,一种基于边缘检测各向异性扩散方程的去噪算法被提出。在各向异性扩散方程(PM)基础上,通过将边缘检测算子结合梯度算子引导扩散过程,边缘检测算子对噪声具有低敏感度,可以更好地区分边缘信息,达到数字全息再现像去噪目的。通过去噪效果图对比和与中值滤波、均值滤波、小波变换滤波算法峰值信噪比(PNSR)的比较,表明本文提出的算法具有更好的去噪效果,在去除噪声的同时有效保护了图像的细节信息。     

基于分通道自适应匹配的梯度保持色彩迁移算法

本文针对经典Welsh与Reinhard算法进行改进，提出一种基于分通道自适应匹配的梯度保持色彩迁移算法。引入L、a、b三通道作为匹配依据，因通道间的序列不相关，对单一通道进行处理时不会影响到另外两通道，消除了RGB颜色模式中单一目标区域易受多通道影响的弊端；对整体灰度值相近的图像，将色度均值差异最大的待处理区与背景区通道及参考图像对应通道进行自适应匹配，解决了Welsh算法对灰度差异小或灰度范围重叠的彩色源图像分级易造成误判的问题。然后引入梯度因子，同参考图像与源图像标准差比值作加权运算，将结果作为本文改进迁移算法的缩放比例系数，对匹配到的每组像素采用保持梯度的色彩迁移算法进行着色，避免了Reinhard算法易出现色彩细节信息丢失、阶调间过渡不自然等问题。实验证明，本文改进算法所得目标图像的彩色化效果均优于经典Welsh与Reinhard算法，极大提升了色彩迁移算法的灵活性与适用性。     

色谱最新进展

1可媲美二维液相色谱-质谱联用技术的一维毛细管液相色谱-串联质谱技术 如今二维鸟枪式(shotgun)液相色谱结合串联质谱用于蛋白质组学的研究屡见报道,通常使用反相液相色谱和其他可以正交的分离模式联用结合串联质谱可以分离上千种蛋白质。由于整体硅胶柱具有优越的渗透性,因此其可以长柱形式实现高效分离;结合平缓的梯度洗脱可以分离高复杂性的样品。日本Keio University的Yasushi Ishihama等成功地将整体硅胶柱应用于一维液相色谱-串联质谱 (LC-MS/MS)中,鉴定了大肠杆菌细胞表达的蛋白质组。他们使用的是一根长350 cm、内径100 μm的整体硅胶-C18毛细管柱来进行鸟枪式蛋白质组分析。实验中将4 μg大肠杆菌的胰蛋白酶酶解物进样至整体柱,随后启动一个长达41 h的梯度程序,采用流量为500 nL/min、压力不超过20 MPa的非超高压液相色谱条件,最终大肠杆菌中2602种蛋白质(包括830种膜蛋白)的22196条非冗余肽段得到了鉴定。相比使用传统的15 cm长、3 μm粒径的C18硅胶填充柱的LC-MS/MS,该体系可以获得较之平均高约5倍的峰响应值。如此高的响应值可能是因为使用长的整体硅胶柱以及缓慢的梯度获得的高效分离大大降低了电离抑制影响的缘故。因为这个高分辨率的体系不需要任何预分离,这种单次蛋白质组学检测方法可以大大地简化鸟枪技术的工作量,也降低了所需样品量,虽然采用了长时间的缓慢梯度,但是仍然减少了总的分析时间。(来源: Anal. Chem., 2010, 82: 2616-2620) 2纳米结构启动质谱技术 质谱在检测生物分子方面有很大的潜力,但现有方法仍存在灵敏度不够高、需要基质分子促使分析对象发生离子化等缺陷。纳米结构启动质谱(nanostructure-initiator mass spectrometry, NIMS)技术使用纳米结构表面的“启动子”或者“笼状物”进行释放和离子化吸附在其表面的完整分子,能以极高的灵敏度分析非常小的区域,从而允许对肽阵列、血液、尿和单个细胞进行分析,而且还能用于组织成像。此技术克服了一般质谱方法灵敏度低和需要基质辅助离子化的缺陷。近几年,来源于动植物油脂及微生物代谢的生物柴油因其具有广泛的适用性而受到关注。由于柴油的品质与其脂肪酸的含量和性质密切相关,因此建立与当今代谢工程匹配的最佳脂肪酸克隆体高通量分析方法是生物柴油发展的关键。Wolfgang Reindl和Trent R. Northen将NIMS技术作为一种快速简便的分析手段用于植物及微生物脂肪酸的分析。研究证明,NIMS技术在负离子模式下可实现大量饱和及不饱和脂肪酸的直接检测,并且在几个数量级范围表现出良好的线性关系,检出限可达fmol级;另外,可以实现微量橄榄油、黄豆油和藻类短杆菌肽的定性及定量分析。NIMS的独特表面允许样品进行原位净化,这使得信噪比可以达到10倍以上。这项研究为植物及微生物油脂的快速分析奠定了基础,促进了生物柴油的发展。(来源: Anal. Chem., Article ASAP DOI: 10.1021/ac100159y, Publication Date (Web): March 31, 2010, in press) 3在线毛细管电泳-激光诱导荧光检测-多级质谱(CE-LIF-MSn)技术用于母乳喂养婴儿的食用母乳和粪便中寡聚糖图谱的建立 CE-LIF常被用在碳水化合物的检测分析中。没有紫外吸收的碳水化合物经过衍生可以在很低浓度水平被检出,灵敏度可达到pmol,所以在复杂生物样品的检测中CE-LIF备受关注。但是对检出物质进行确认却是一个复杂和耗时的过程。CE-MS则在物质鉴定方面有独特的优势。荷兰Wageningen University的Henk A. Schols教授课题组将在线CE-LIF-ESI(电喷雾离子源)-MSn用于母乳喂养婴儿的 食用母乳和粪便中的寡聚糖图谱的建立。LIF通过CE毛细管上的窗口进行柱上检测,毛细管中的液体通过一个鞘流接口进入到MS中。这种设计可以在同一次分析中既得到LIF信号又得到离子强度信号,并可将两组信号进行相关分析以进行物质确证。通过在线CE-LIF和ESI-MS串联对母乳喂养婴儿所食的母乳和其粪便中8-氨基芘-1,3,6-三磺酸钠盐(APTS)衍生的人乳低聚糖物质(HMOs)分析图谱的比较,对HMOs在胃肠道中的代谢有了进一步的认识。与母乳中的寡聚糖相比,在母乳喂养婴儿的粪便中确证了lacto-N-fucopentaose (LNFP)和lacto-N-neo-tetraose(LnNT)两种新的异构体。通过粪便中的寡聚糖图谱可以推断出高相对分子质量的HMOs在胃肠道中的生物转化和降解。(来源: Electrophoresis, 2010, 31: 1264-1273) 4动态针捕集技术在临床呼气试验中的应用 现代分析科学为各领域的实际应用提供了有效的途径和手段,在医药学领域,使用超痕量分析对人呼气中存在的挥发性生物标志物或药物进行检测的新型诊断方式便是一例。德国罗斯托克大学的Maren Mieth等曾提出个性化的动态针捕集技术用于呼吸气体的取样和富集(见: Anal. Chem., 2009, 81: 5851-5857)。动态针捕集技术利用装有吸附填料的捕集针对所要分析的气体进行采集,在样品处理方面较之固相萃取或者固相微萃取技术更加快速、灵敏、稳定、即时。最近,他们又首次在医疗机构的临床条件下,针对低量(20 mL)呼出气体,完成了多床层动态针捕集联合中心切割气相色谱/质谱法(GC/MS)和全二维气相色谱/飞行时间质谱法(GC×GC/TOF-MS)的分析。为了实现快速有效的分离分析,他们应用高通量自动化解吸和分离系统,采用22根不锈钢针（60 mm×0.41 mm i.d., 0.72 mm o.d.）捕集气体,针管吸附物可稳定存在约7.8 h。实验中首先建立中心切割GC/MS方法,在消除了高浓度的挥发性消毒剂和麻醉剂的背景干扰后,采用该体系成功地测定了11位接受心脏手术病人的呼出气体,找出了5种病人呼出物随时间变化(术前、 术后各时间点)的规律,显示了此方法具有作为判断病情发展的辅助手段的良好潜力。接下来又采用GC×GC/TOF-MS对被分析物进行无偏向性的筛查和鉴定,从一位麻醉后病人呼出物的分析结果可以看出,采用该方法能检测到超过200种物质,并可成功地鉴定其中的60种。因此,可将检测结果作为进一步筛查标志物的依据和基础。此项研究表明了动态针捕集技术结合色谱-质谱联用能够为临床呼气试验提供特定的解决问题的途径。(来源: Anal. Chem., 2010, 82: 2541-2551) 5采用小分子作为亲和色谱配体纯化蛋白质的新方法 亲和色谱(AC)是目前进行蛋白质纯化的最有效的色谱分离技术,但现有配体基本上是蛋白质,使该技术的使用范围受限,同时又具有价格昂贵和易降解的缺点。采用化学稳定的小分子配体将大大扩大AC在生物药品净化上的使用范围,但设计能与大分子蛋白质紧密并特异性结合的小分子存在很大的技术难度。丹麦University of Copenhagen的J. E. Rasmussen和K. J. Jensen等报道了一个完 整的用于开发和建立新型小分子亲和树脂的综合方法。该方法组合了虚拟筛选和颗粒上自动串行库筛选,其中使用了一种新的光编码方案促进结构的全面完整的“一珠一化合物”库的亲和力映射。他们用该方法制备了用于识别人生长激素(hGH)的小分子亲和树脂,并评价其对大肠杆菌裂解液中hGH的选择吸收和洗脱能力,hGH的纯度(91%)和回收率(61%)均较好。(来源: Angew. Chem. Int. Ed., published online: 18 Mar, 2010)