單顆粒冷凍電鏡重構(gòu)中圖像投影方向的估計.pdf

1、近幾年，在單顆粒冷凍電鏡三維重構(gòu)中，面臨的主要挑戰(zhàn)是利用大量投影方向未知且隨機分布的二維圖像構(gòu)建一個可靠的三維模型。該過程首先必須要估計每幅二維圖像的投影方向。現(xiàn)有的基于等價線估計圖像投影方向的方法對圖像的噪聲比較敏感。在本文中，我們提出了一種新的基于等價線和球面嵌入算法估計圖像投影方向的方法。該方法的核心思想是將圖像看作分布于單位球面的點，投影方向看作球體中心到該點的向量，投影方向夾角的弧度值看作單位球面上兩點之間的距離，最后將圖像投

2、影方向的求解問題轉(zhuǎn)化為所有圖像在單位球面分布的球面嵌入問題。本方法首先基于等價線和類似投票的直方圖統(tǒng)計法估計出所有圖像之間投影方向的夾角，然后選擇較可靠的夾角（圖像之間的距離）作為球面嵌入算法的輸入，球面嵌入算法在最大化滿足輸入的圖像間距離的情況下，估計出所有圖像在單位球面上的分布。其中，對兩個圖像投影方向的夾角估計過程是：先基于等價線利用其余圖像分別估計出這兩個圖像投影方向的夾角，然后再基于高斯平滑濾波的直方圖統(tǒng)計法對這兩個圖像的所有

3、夾角進行統(tǒng)計分析，并將最高峰值對應的夾角作為最終的夾角估計結(jié)果。經(jīng)理論和實驗驗證均得出，在所有圖像兩兩間夾角統(tǒng)計的直方圖中，最高峰值的高低可度量夾角的準確度，且峰值越高夾角越準確。整個方法中的關(guān)鍵問題是：以峰值為夾角準確性的度量，選擇多少較可靠的夾角作為球面嵌入算法的輸入時，才能準確地得到所有圖像投影方向的分布。
　　本文針對70S核糖體模擬產(chǎn)生了投影方向均勻分布的冷凍電鏡圖像，并對估計夾角的投票算法和估計投影方向的球面嵌入算法都