專利名稱：一種血細胞單幀圖像的自動掃描方法
技術領域：
本發明涉及在顯微鏡系統中，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：
傳統的醫學顯微檢測，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，手動計數器，或手繪圖的形式記錄完成。傳統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，更不能通過網絡遠距離傳輸圖像信息，因而已經遠遠不適應現代醫學顯微圖像發展的要求。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，它提供實現圖像自動拼接和縫合的原始數據。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學模型并且對模糊圖像進行恢復。例如，假設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(數目、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)是系統的點擴散函數， 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的點擴散函數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，進而確定系統的點擴散函數。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，并且在一定程度上改善了圖像的質量，但是由于點擴散函數不能精確地確定，并且假設實際系統是個平穩隨機過程，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，這種方法假定系統是個二維線性移不變系統，并對系統建立AR模型進行圖像恢復和參數估計。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的參數，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。
發明內容
本發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。本發明采取的技術方案是它由計算機、電機控制器、步進電機、顯微鏡自動載物臺、照明系統、載玻片、顯微鏡系統、數字攝像頭、圖像采集卡組成；其中，數字攝像頭裝在顯微鏡的攝像接口上，顯微鏡自動載物臺設有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，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，確定系統的點擴散函數，從而簡化整個系統的計算過程，提高檢測速度，使系統達到實時性要求。本發明通過顯微鏡、移動載物臺、攝像系統以及計算機系統之間的協調配合，即根據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，確定系統的點擴散函數，從而簡化整個系統的計算過程，提高檢測速度，使系統達到實時性要求。
圖1是示出血細胞圖像的自動掃描系統整體結構的示意圖； 圖2是示出血涂片勻速移動時拍攝的重疊區域示意圖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4、載玻片2、顯微鏡系統5、數字攝像頭6、圖像采集卡8組成；其中，數字攝像頭裝在顯微鏡的攝像接口上，顯微鏡自動載物臺設有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，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整體結構的示意圖，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。數字攝像頭5連接到顯微鏡的攝像接口 6上，通過數據線連接到計算機的圖像采集卡8，計算機7分別產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被檢測細胞的尺寸和樣本表面狀態以及檢測現場的工作環境進行合理選擇與搭配。視覺傳感器是將光學信息轉換為數字信息的電子器件， 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M=10，也就是血細胞圖像要經過光學鏡頭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，它提供實現圖像自動拼接和縫合的原始數據。在運動控制系統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，圖像就會出現間隔，使圖像不能產生連續效應，如圖2所示。根據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系。利用一幅簡單圖像為例，說明模糊圖像產生的原因，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。記錄介質的總曝光量是在快門打開后到關閉這段時間的積分。則模糊后的圖像為
權利要求
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、載玻片、顯微鏡系統、數字攝像頭、圖像采集卡組成；其中，數字攝像頭裝在顯微鏡的攝像接口上，顯微鏡自動載物臺設有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，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，確定系統的點擴散函數，從而簡化整個系統的計算過程，提高檢測速度，使系統達到實時性要求。
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 優先權日2012年2月8日
發明者宋潔, 牛振興, 石欣, 行長印 申請人:長春迪瑞醫療科技股份有限公司