Contributions à la microscopie à fluorescence en imagerie biologique : modélisation de la PSF, restauration d'images et détection super-résolutive

par Bo Zhang

Thèse de doctorat en Signal et images

Sous la direction de Jean-Christophe Olivo-Marin.

Soutenue en 2007

à Paris, ENST .


  • Résumé

    Cette thèse propose trois contributions principales pour l'imagerie en microscope à fluorescence. (1) Modélisation du système optique : nous avons étudié les approximations gaussiennes des moindres carrés pour les réponses impulsionnelles optiques (PSFs) limitées par la diffraction du microscope en champ large (WFFM), du microscope confocal (LSCM), et du microscope confocal à disque rotatif (DSCM). Les paramètres gaussiens (quasi-)optimaux ont été dérivés. Ces modèles approximatifs facilitent considérablement la modélisation des objets biologiques. (2) Débruitage des images de fluorescence : les images issues des LSCM et DSCM ont des statistiques purement poissoniennes ou poissoniennes et gaussiennes mélangées (MPG). Deux approches sont proposées pour restaurer une image poissonienne. L'une est basée sur les tests d'hypothèses dans le domaine de Haar biorthogonale. L'autre repose sur une transformée multi-échelle stabilisatrice de variance (MS-VST) qui permet de gaussieniser le problème avec un faible flux photonique. La MS-VST est aussi étendue pour débruiter les images MPG et pour détecter les spots fluorescents. (3) Détection super-résolutive : nous avons revu et étendu les résultats des limites de la résolution issus des théories de la détection, de l'estimation, et de l'information. Nous avons également généralisé une approche de super-résolution pour localiser des spots ou des bâtonnets. Cette méthode permet non seulement de localiser les sources ayant des configurations spatiales complexes, mais aussi d'extraire les objets séparés par des distances inférieures à la résolution optique de Rayleigh (super-résolution).

  • Titre traduit

    Contributions to fluorescence microscopy in biological imaging : PSF modeling, image restoration and super-resolution detection


  • Résumé

    This thesis contributes to three aspects in fluorescence microscopy imaging. (1) Optical system modeling: we have comprehensively studied the least squares Gaussian approximations of the diffraction-limited 2D/3D paraxial/non-paraxial point spread functions (PSFs) of wide-field fluorescence microscope (WFFM), laser-scanning confocal microscope (LSCM) and disk-scanning confocal microscope (DSCM). (Quasi-)optimal Gaussian parameters have been derived. These Gaussian approximative PSF models greatly simplify the modeling of biological objects. (2) Fluorescence image denoising: images produced by LSCM and DSCM have either a Poisson or a mixed-Poisson-Gaussian (MPG) statistical nature. We have proposed two approaches for Poisson noise removal. One method is based on biorthogonal Haar-domain hypothesis tests designed for fast estimation of smooth Poisson intensities ; the other makes use of a well designed multi-scale variance stabilizing transform (MS-VST) which Gaussianizes the denoising problem even with a low photon rate. This MS-VST method has also been extended to remove MPG noise and to extract fluorescent spots. (3) Super-resolution object detection: we have reviewed and extended the results of resolution limits under detection-theoretic, estimation-theoretic and information-theoretic points of view. We have also generalized an existing super-resolution approach to localize an unknown number of spots or rods. This method allows not only to localize sources having complex spatial configurations, but also to detect objects separated with distances smaller than Rayleigh optical resolution (super-resolution).

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2008 par École nationale supérieure des télécommunications à Paris

Contributions à la microscopie à fluorescence en imagerie biologique : modélisation de la PSF, restauration d'images et détection super-résolutive


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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (205 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 175 réf. bibliogr. Résumé étendu en français

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Télécom ParisTech. Bibliothèque scientifique et technique.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 7.3451 ZHAN
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.
Cette thèse a donné lieu à 1 publication .

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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2008 par École nationale supérieure des télécommunications à Paris

Informations

  • Sous le titre : Contributions à la microscopie à fluorescence en imagerie biologique : modélisation de la PSF, restauration d'images et détection super-résolutive
  • Dans la collection : ENST , 2007E029 , 0751-1353
  • Détails : 1 vol. (205 p.)
  • Annexes : 175 réf. bibliogr. Résumé étendu en français
La version de soutenance de cette thèse existe aussi sous forme papier.

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Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.