三维冷冻电子显微镜姿态估计与位移校正流水线
计算机视觉与模式识别
2025-07-22 v1
摘要
准确的姿态估计和位移校正是冷冻电子显微镜中的关键挑战，由于信噪比极低，直接影响三维重建的保真度。我们提出了一种利用多维标度（MDS）技术进行冷冻电子显微镜姿态估计的方法，通过二元双面角对估计每个粒子的三维旋转矩阵。我们将旋转矩阵表示为旋转轴和垂直于该轴的单位向量。该技术利用三维从投影图中公共线的概念。然而，由于冷冻电子显微镜投影图像的信噪比极低，公共线估计常常伴随巨大的误差。为此，我们引入两个互补组件：(i) 基于 范或类似稳健范的鲁棒联合优化框架，用于同时估计旋转轴和平面内向量，通过投影坐标下降法精确强制单位范数和正交约束；(ii) 估计一致平面平移的迭代位移校正算法，通过全局最小二乘 formulation 实现。虽然先前的方法利用了此类嵌入和公共线几何进行姿态恢复，但现有方法通常依赖于 基于的目标函数，对噪声敏感，并且仅近似地施加几何约束。这些选择以及顺序流水线结构，可能在低信噪比 regime 中导致误差叠加和次优重建。我们的流水线在欧拉角精度和重建保真度方面均优于先前方法，如 Fourier 壳相关（FSC）所测。
引用
@article{arxiv.2507.14924,
title = {3-Dimensional CryoEM Pose Estimation and Shift Correction Pipeline},
author = {Kaishva Chintan Shah and Virajith Boddapati and Karthik S. Gurumoorthy and Sandip Kaledhonkar and Ajit Rajwade},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.14924},
year = {2025}
}