專利名稱：一種血細胞單幀圖像的自動掃描方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在顯微鏡系統(tǒng)中，通過控制自動載物臺的運動速度和相機的拍攝時間，進而得到清晰的血細胞圖像的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的醫(yī)學顯微檢測，一般是由檢測人員通過光學顯微鏡對樣本進行目視觀察， 并以手寫報告，手動計數(shù)器，或手繪圖的形式記錄完成。傳統(tǒng)顯微鏡檢工作效率低、強度大， 存在人為的觀察誤差，對檢測員的技術(shù)水平要求較高，并且它只能通過顯微攝影進行圖像記錄，不能對圖像進行必要的處理，也不能快速存儲和再現(xiàn)，更不能通過網(wǎng)絡(luò)遠距離傳輸圖像信息，因而已經(jīng)遠遠不適應現(xiàn)代醫(yī)學顯微圖像發(fā)展的要求。自動顯微鏡方法的應用為解決人工方法帶來的諸多問題提供了可能。自動顯微鏡能在很短的時間內(nèi)可靠地識別血細胞樣本中的白細胞，精確測定其顏色，形狀和紋理對它們進行分類，而不會引入人為的不可避免的主觀因素。血細胞形態(tài)學檢查中要求對血細胞樣本制成的血涂片整個表面進行觀察，但是， 通常，顯微鏡的視野范圍要顯著小于整個血涂片樣本區(qū)域，這時就需要進行全景掃描工作。 自動掃描是血細胞檢查分析的基礎(chǔ)，它提供實現(xiàn)圖像自動拼接和縫合的原始數(shù)據(jù)。同時在進行血細胞拍照的時候，往往由于相機和血細胞之間的相對運動，造成拍照圖像模糊，從而給圖像研究和應用帶來了一定的麻煩，為了便于對血細胞目標進行研究，需要把圖像進行清晰化，這種技術(shù)需要圖像恢復。對于模糊圖像的恢復，一般可以采用兩種方法。一種方法適用于對圖像缺乏先驗知識的情況，此時可以對退化過程(模糊和噪聲) 建立模型，進行描述，進而尋找一種去除或者削弱其影響的過程。由于這種方法試圖估計圖像退化過程影響以前的情況，所以是一種估計方法。另外一種方法適用于對原始圖像有足夠的先驗知識，可以對原始圖像建立一個數(shù)學模型并且對模糊圖像進行恢復。例如，假設(shè)已知圖像中僅僅含有確定大小的圓形物體(例如星星、顆粒、細胞等等)，這樣，由于僅僅是原始圖像很少幾個參數(shù)(數(shù)目、位置、幅度等等) 未知，因此這是一個檢測問題。運動模糊圖像一般可以用下面的線性移不變系統(tǒng)進行表示
t<f ι: x, vj = jj h、x — .r ‘’ y- pJ /(.r', y ')d%' φ'+ //C .r, 乂)(1)
這里f(x，y)是原始圖像，g(X，y)是相應的模糊圖像，h(x，y)是系統(tǒng)的點擴散函數(shù)， η(x, y)是隨機噪聲。在運動模糊圖像中，模糊距離是指原始圖像中像素點運動的軌跡范圍。模糊距離對于確定系統(tǒng)的點擴散函數(shù)h(x，y)有著重要意義。利用模糊圖像頻域中兩個零點之間的距離得到模糊距離，進而確定系統(tǒng)的點擴散函數(shù)。但是這種方法有一定的局限性，不能用來求其它運動造成的模糊。維納濾波雖然在一定程度上抑制了噪聲，在最小均方意義上也達到了最優(yōu)，并且在一定程度上改善了圖像的質(zhì)量，但是由于點擴散函數(shù)不能精確地確定，并且假設(shè)實際系統(tǒng)是個平穩(wěn)隨機過程，這和圖像模糊的實際情況相差較大，所以恢復具體的運動模糊圖像，
效果不一定是最好的。有人提出最大后驗概率(MAP)的方法恢復，這種方法假定系統(tǒng)是個二維線性移不變系統(tǒng)，并對系統(tǒng)建立AR模型進行圖像恢復和參數(shù)估計。但是用這種方法恢復圖像，需要進行大量的計算，不能滿足快速處理的要求。Mvakis和Trussell提出利用圖像功率譜的方法確定系統(tǒng)的參數(shù)，但是這種方法對噪聲過于敏感，在噪聲存在的情況下，效果不佳，需要進行大量的計算，不能滿足實時性的要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種血細胞單幀圖像的自動掃描方法，以解決在噪聲存在的情況下， 效果不佳，需要進行大量的計算，不能滿足實時性要求的問題。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是它由計算機、電機控制器、步進電機、顯微鏡自動載物臺、照明系統(tǒng)、載玻片、顯微鏡系統(tǒng)、數(shù)字攝像頭、圖像采集卡組成；其中，數(shù)字攝像頭裝在顯微鏡的攝像接口上，顯微鏡自動載物臺設(shè)有X方向步進電機，計算機的通訊接口接于電機控制器的通訊模塊，電機控制器的輸出連接步進電機，數(shù)字攝像頭的輸出信號送至計算機的圖像采集卡；
所述方法包括
將顯微鏡載玻片放到顯微鏡自動載物臺上；
計算機分別產(chǎn)生運動控制信號和圖像采集控制信號，并將所述運動控制信號提供至電機控制器，電機控制器控制顯微鏡自動載物臺的移動速度和方向，移動速度V=幀率FX分辨率RX像元尺寸P/放大倍率M ；
圖像采集控制信號提供給圖像采集卡，圖像采集卡響應所述控制信號來捕獲圖像，所述圖像采集控制信號中
血細胞單幀圖像曝光時間ΔΤ=ρΧ Δ τ，ρ為血細胞所占的像素個數(shù)，其中Δ τ是一個像素的曝光時間
Δ τ=1/ (幀率FX相機橫向分辨率民)。在本發(fā)明中血細胞的檢測過程中，電機是直線勻速運動的，利用模糊圖像本身的信息來求出模糊距離，確定系統(tǒng)的點擴散函數(shù)，從而簡化整個系統(tǒng)的計算過程，提高檢測速度，使系統(tǒng)達到實時性要求。本發(fā)明通過顯微鏡、移動載物臺、攝像系統(tǒng)以及計算機系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)配合，即根據(jù)直線電機勻速運動的特點，利用模糊圖像本身的信息來求出模糊距離，確定系統(tǒng)的點擴散函數(shù)，從而簡化整個系統(tǒng)的計算過程，提高檢測速度，使系統(tǒng)達到實時性要求。
圖1是示出血細胞圖像的自動掃描系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2是示出血涂片勻速移動時拍攝的重疊區(qū)域示意圖3 (a)是僅有3個像素的一幅圖像，背景中像素點之間有很強的相關(guān)性； 圖3 (b)是圖3 (a)中的三個像素點沿著水平方向運動造成模糊的圖片，模糊的距離為10個像素點；
圖4是示出相機曝光時間與拍攝周期的比例關(guān)系示意圖。
具體實施例方式它由計算機7、電機控制器9、步進電機3、顯微鏡自動載物臺1、照明系統(tǒng)4、載玻片2、顯微鏡系統(tǒng)5、數(shù)字攝像頭6、圖像采集卡8組成；其中，數(shù)字攝像頭裝在顯微鏡的攝像接口上，顯微鏡自動載物臺設(shè)有X方向步進電機，計算機的通訊接口接于電機控制器的通訊模塊，電機控制器的輸出連接步進電機，數(shù)字攝像頭的輸出信號送至計算機的圖像采集卡；
所述方法包括
將顯微鏡載玻片2放到顯微鏡自動載物臺1上；
計算機7分別產(chǎn)生運動控制信號和圖像采集控制信號，并將所述運動控制信號提供至電機控制器9，電機控制器9控制顯微鏡自動載物臺1的移動速度和方向，移動速度ν=幀率 FX分辨率RX像元尺寸P/放大倍率M ；
圖像采集控制信號提供給圖像采集卡，圖像采集卡8響應所述控制信號來捕獲圖像， 所述圖像采集控制信號中
血細胞單幀圖像曝光時間ΔΤ=ρΧ Δ τ，ρ為血細胞所占的像素個數(shù)，其中Δ τ是一個像素的曝光時間
Δ τ=1/ (幀率FX相機橫向分辨率&)。圖1是示出本實施方式的整個血細胞自動掃描系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的示意圖，如圖1所示，顯微鏡自動載物臺1與步進電機3，電機控制器9，依次連接。顯微鏡自動載物臺1的移動由X方向步進電機帶動，使顯微鏡自動載物臺1絲桿沿X方向行進。數(shù)字攝像頭5連接到顯微鏡的攝像接口 6上，通過數(shù)據(jù)線連接到計算機的圖像采集卡8，計算機7分別產(chǎn)生運動控制信號和圖像采集控制信號，并將所述運動控制信提供至電機控制器9，電機控制器9 控制顯微鏡自動載物臺1的移動速度和方向；圖像采集控制信號提供給圖像采集卡8，圖像采集卡8響應所述控制信號來捕獲圖像。圖像采集控制信號，其特征在于控制圖像采集卡的拍攝幀率和單幀曝光時間。整個血細胞自動掃描過程中，成像系統(tǒng)主要由視覺傳感器C⑶相機，配合合適的鏡頭和光源來組成。這三個部分需要根據(jù)被檢測細胞的尺寸和樣本表面狀態(tài)以及檢測現(xiàn)場的工作環(huán)境進行合理選擇與搭配。視覺傳感器是將光學信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息的電子器件， 衡量視覺傳感器的性能主要因素包括CCD的分辨率R、像元尺寸P、信息傳輸方式、信噪比、 對光的靈敏度等，另外，按CCD相機的工作方式不同，通常分為隔行掃描相機和逐行掃描相機兩大類，通常情況下，隔行掃描相機用于被測物體靜止或者速度非常慢的情況下，而逐行掃描相機則用于獲取運動物體的圖像信息。為了避免光學畸變對圖像質(zhì)量的影響，選取CXD分辨率R為IOMX ΙΟΜ。像元尺寸與顯微鏡分辨率匹配，采集到得血細胞細節(jié)就越豐富，選取的像元尺寸P為4. 65um。在低倍鏡掃描過程中光學鏡頭的放大倍數(shù)M=10，也就是血細胞圖像要經(jīng)過光學鏡頭10倍的放大。光源采用IOOW鹵素燈提供常照明。在整個血細胞自動掃描過程中，由于顯微鏡的視野范圍要顯著小于整個血涂片樣本區(qū)域，這時就需要進行全景掃描工作。自動掃描是血細胞檢查分析的基礎(chǔ)，它提供實現(xiàn)圖像自動拼接和縫合的原始數(shù)據(jù)。在運動控制系統(tǒng)中為了保證圖像不拖尾，同時圖像不重疊， 則要求第二幀曝光時像的起始點為第一幀的末尾點。第二幀曝光過早，拍攝的圖像就會重疊，第二幀曝光過晚，圖像就會出現(xiàn)間隔，使圖像不能產(chǎn)生連續(xù)效應，如圖2所示。根據(jù)以上要求得到載物臺移動速度的計算公式(2)
移動速度ν=幀率FX分辨率RX像元尺寸P/放大倍率M(2)
為了得到清晰的圖像，分析曝光時間與模糊圖像之間的關(guān)系。利用一幅簡單圖像為例，說明模糊圖像產(chǎn)生的原因，參考圖3 (a)和(b)。圖3 (a) 是僅有3個像素的一幅圖像，背景中像素點之間有很強的相關(guān)性。圖3 (b)是圖3 (a)中的三個像素點沿著水平方向運動造成模糊的圖片，模糊的距離為10個像素點。在血細胞自動掃描系統(tǒng)中，由于電機只是在一個方向上的勻速直線運動，先對其中的單獨一副圖像進行模糊分析。假設(shè)圖像f(x，y)有一個平面運動，令、(t)和yci(t)分別為在χ和y方向上運動的變化分量，T表示運動的時間。記錄介質(zhì)的總曝光量是在快門打開后到關(guān)閉這段時間的積分。則模糊后的圖像為
權(quán)利要求
1. 一種血細胞單幀圖像的自動掃描方法，其特征在于它由計算機、電機控制器、步進電機、顯微鏡自動載物臺、照明系統(tǒng)、載玻片、顯微鏡系統(tǒng)、數(shù)字攝像頭、圖像采集卡組成；其中，數(shù)字攝像頭裝在顯微鏡的攝像接口上，顯微鏡自動載物臺設(shè)有X方向步進電機，計算機的通訊接口接于電機控制器的通訊模塊，電機控制器的輸出連接步進電機，數(shù)字攝像頭的輸出信號送至計算機的圖像采集卡； 所述方法包括將顯微鏡載玻片放到顯微鏡自動載物臺上；計算機分別產(chǎn)生運動控制信號和圖像采集控制信號，并將所述運動控制信提供至電機控制器，電機控制器控制顯微鏡自動載物臺的移動速度和方向，移動速度V=幀率FX分辨率RX像元尺寸P/放大倍率M ；圖像采集控制信號提供給圖像采集卡，圖像采集卡響應所述控制信號來捕獲圖像，所述圖像采集控制信號中血細胞單幀圖像曝光時間ΔΤ=ρΧ Δ τ，ρ為血細胞所占的像素個數(shù)，其中Δ τ是一個像素的曝光時間Δ τ=1/ (幀率FX相機橫向分辨率&)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種血細胞單幀圖像的自動掃描方法，屬于顯微鏡系統(tǒng)中圖像的自動掃描方法。將顯微鏡載玻片放到顯微鏡自動載物臺上；電機控制器控制顯微鏡自動載物臺的移動速度和方向，移動速度v=幀率F×分辨率R×像元尺寸P/放大倍率M；血細胞單幀圖像曝光時間ΔT=p×Δτ。根據(jù)直線電機勻速運動的特點，利用模糊圖像本身的信息來求出模糊距離，確定系統(tǒng)的點擴散函數(shù)，從而簡化整個系統(tǒng)的計算過程，提高檢測速度，使系統(tǒng)達到實時性要求。
文檔編號G02B21/36GK102564924SQ201210027280
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月8日
發(fā)明者宋潔, 牛振興, 石欣, 行長印 申請人:長春迪瑞醫(yī)療科技股份有限公司