一種基于圖像處理的牛奶體細胞計數方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種利用計算機技術和數字圖像處理技術實現的智能計數方法，特別 涉及一種基于圖像處理的牛奶體細胞計數方法。
【背景技術】
[0002] 牛奶體細胞數是指每毫升牛奶中的細胞總數，多數是白細胞，通常由巨噬細胞、淋 巴細胞、多形核嗜中性白細胞等組成，約占牛奶體細胞數的95%，其余是乳腺組織死去脫落 的上皮細胞。在正常情況下，牛奶中體細胞數較少。當奶牛乳房外傷或發生疾病引起炎癥 時，機體將大量的白細胞分泌進入乳房以清除感染，因此牛奶體細胞數反映了牛奶質量及 奶牛的健康狀況。顯微鏡法作為牛奶體細胞計數的標準方法，通常用于校正體細胞分析儀 和其他方法的正確性。但是目前的顯微鏡法僅限于人工操作，不僅效率低下，而且不可避免 地會產生人為性的誤差。
【發明內容】
[0003] 為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提出一種基于圖像處理的牛奶 體細胞計數方法，能夠利用計算機技術及圖像處理技術快速、準確地對牛奶體細胞進行計 數，從而降低工人勞動強度，提高生產效率，具有便捷、快速、自動化、準確性高的特點。
[0004] 為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于圖像處理的牛奶體細胞 計數方法，包括以下步驟：
[0005] 步驟1 :在樣本牛奶中滴入染色劑對其體細胞進行染色，然后將牛奶均勻涂抹在 載玻片上，用數碼顯微鏡采集細胞原始彩色圖像；
[0006] 步驟2 :將步驟1數碼顯微鏡采集的原始彩色圖像轉換為256色灰度圖像；
[0007] 步驟3 :使用濾波窗口對256色灰度圖像進行增強處理；
[0008] 步驟4:選取合適的閾值，將步驟3得到的圖像轉換為只有黑和白兩種顏色的二值 圖像；
[0009] 步驟5 :為了消除圖像中細胞之間的粘連現象，用數學形態學中的腐蝕法對二值 圖像進行腐蝕；
[0010] 步驟6 :對腐蝕后的二值圖像計算歐拉數，該數值即為要統計的牛奶體細胞數量。 [0011] 所述對256色灰度圖像進行增強處理是將步驟2得到的灰度圖像進行灰度拉伸處 理。
[0012] 所述合適的閾值是通過灰度圖像的直方圖，選取波谷的灰度值作為二值化的閾 值。
[0013] 所述用于腐蝕的結構元素為5X5像素的矩形窗口。
[0014] 所述計算歐拉數的方法采用多行掃描四方塊計數法，用四方塊計算歐拉數，需要 用t隊和N 3來統計給定圖像中符合樣本塊P i、PJP P 3的數量；具體方法是：從給定二值 圖像的第一行第一個像素開始，按照從左到右、從上到下的順序依次掃描圖像的每個像素， 采用一次多行掃描的方法，即一次掃描過程中檢查多行像素，如果當前被檢查的像素所在 的四方塊為樣本塊PpP2S P 3的其中某一個時，用來統計P iUP P 3數量的計數器N ^隊和 隊對應值加1，整個圖像掃描完畢后，得到整個圖像中樣本塊P iUP P 3的數量，利用公式E =(N1 - N2 - 2N3)/4計算得到圖像的歐拉數E。
[0015] 由于本發明采用計算機技術及圖像處理技術，將牛奶體細胞計數全程自動化實 現，能夠在短時間內統計出牛奶體細胞的數量，從而降低工人勞動強度和出錯率，提高生產 效率，計數準確性高且速度快，能夠滿足自動化生產的要求。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明方法的流程圖。
[0017] 圖2為計算歐拉數時用來比對的四方塊，其中白色代表背景像素，灰色代表目標 像素。
[0018] 圖3為實施例中一次掃描四行的示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0020] 參見圖1，一種基于二值圖像歐拉數的鋼筋數量統計方法，包括以下步驟：
[0021] 步驟1 :在樣本牛奶中滴入染色劑對其體細胞進行染色，然后將牛奶均勻涂抹在 載玻片上，用數碼顯微鏡采集細胞原始彩色圖像，由于后期還需要對圖像進行增強、去噪等 操作，故分辨率不需要很高，一般可以取800*600像素。
[0022] 步驟2 :由于數碼顯微鏡采集的原始圖像為彩色圖像，為了計數方便，將步驟1采 集的原始彩色圖像轉換為256色灰度圖像；
[0023] 在將原始圖像轉換為灰度圖像時，采用公式G = 0. 299*R+0. 587*G+0. 114祁，其中 G代表像素最終的灰度值，R代表原始彩色圖像中紅色分量的值，G代表原始彩色圖像中綠 色分量的值，B代表原始彩色圖像中藍色分量的值。
[0024] 步驟3 :使用大小為3X3像素的濾波窗口對256色灰度圖像進行增強處理，以消 除細小的紋理細節以及噪聲像素，增強圖像特征。
[0025] 所述對256色灰度圖像進行增強處理是將步驟2得到的灰度圖像進行灰度拉伸處 理。在實際操作過程中，圖像中的像素總體分布在灰度級較高的區域，目標和背景對比度不 是很明顯，所以較難區分。因此我們需要將圖像的灰度區間擴大以便區分目標和背景。灰 度拉伸是一種最基本的灰度變換，使用的是最簡單的線性變換函數，主要思想是提高圖像 處理時灰度級的動態范圍，它可以有選擇的拉伸某段灰度區間以改善輸出圖像；
[0026] 在處理時，假定原圖像f(x，y)的灰度范圍為[a，b]，變換后的圖像g(x，y)的灰度 范圍線性的擴展至[c，d]。則對于圖像中的任一點的灰度值P(x，y)，變換后為g(x，y)，其數 學表達式為8(義，7) = ((1-(3)*|^(1，7)-3]/〇3-3)+(3，(3和(1的值分別為0和255。采用線性 變換對圖像中每一個像素灰度作線性拉伸，將有效改善圖像視覺效果。
[0027] 濾波可以減少光照等干擾引起的噪聲，起到增強圖像特征的作用。具體方法是：從 圖像的左上角第一個像素開始，利用濾波窗口進行逐個像素的從左到右、從上到下的掃描， 用窗口中各點的灰度值的中值來代替窗口中心點像素的灰度值。
[0028] 步驟4:選取合適的閾值，將步驟3得到的圖像轉換為只有黑和白兩種顏色的二值 圖像；利用灰度圖像的直方圖，選取波谷的灰度值作為二值化的閾值。
[0029] 步驟5:為了消除圖像中牛奶體細胞之間的粘連現象，用數學形態學中的腐蝕法 對二值圖像進行腐蝕，同時可以消除面積較大的噪聲像素。
[0030] 腐蝕在數學形態學中的作用是消除物體邊界點，使邊界向內部收縮的過程，可以 把小于結構元素的物體去除。本實施例使用5X5像素的矩形窗口對圖像進行腐蝕，可以使 體細胞截面區域收縮，以消除細胞之間的粘連現象，便于準確計數。
[0031] 步驟6 :對腐蝕后的二值圖像計算歐拉數，該數值即為要統計的牛奶體細胞數量。
[0032] 直觀的看，圖像中的連通體C的數量即為要統計的體細胞數量。由于在圖像處理 的過程中利用腐蝕結構元素消除了粘連現象，在二值圖像中不存在空洞，即H = 0。根據二 值圖像歐拉數的定義E = C - H，當H為0時，二值圖像中連通體的數量和該二值圖像的歐拉 數相等。因此，該二值圖像的歐拉數的值就是要統計的體細胞數量。
[0033] 參見圖2,所述計算歐拉數的方法采用多行掃描四方塊計數法，用四方塊計算歐拉 數。需要用&為和N 3來統計給定圖像中符合樣本塊P JjP P 3的數量；具體方法是：從給 定二值圖像的第一行第一個像素開始，按照從左到右、從上到下的順序依次掃描圖像的每 個像素，如果當前被檢查的像素所在的四方塊為樣本塊P^P 2S P 3的其中某一個時，用來統 計P1UP P 3數量的計數器N ^隊和N 3對應值加1。整個圖像掃描完畢后，得到整個圖像中 樣本塊Pi、PjP P 3的數量，利用公式E = (N i - N2 - 2N3) /4計算得到圖像的歐拉數E。
[0034] 為了提高處理效率，采用多行掃描的方法，即一次掃描過程中檢查四行像素，這樣 可以利用已經檢查過的像素的信息來判斷后續四方塊，避免對像素的重復掃描造成的效率 低下的問題。理論上說，一次檢查的行數越多，平均到每一個四方格需要檢查的像素就越 少，效率越高。但一次檢查行數過多，需要判斷的情況也越多，算法將越復雜，效率反而可能 會降低。所以在本實施例中采用一次檢查四行像素。
[0035] 參見圖3,掃描四行中的像素 a、b、c、d、e、f、g和h，可以檢查四方塊
在檢查前面的四方塊過程中，像素 a、c、e和g已經被掃描 過了。這樣，利用已經檢查過的像素的信息，一次掃描四個像素，可以檢查三個四方塊，大大 提高處理效率。
【主權項】
1. 一種基于圖像處理的牛奶體細胞計數方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :在樣本牛奶中滴入染色劑對其體細胞進行染色，然后將牛奶均勻涂抹在載玻 片上，用數碼顯微鏡采集細胞圖像； 步驟2 :將步驟1數碼顯微鏡采集的原始彩色圖像轉換為256色灰度圖像； 步驟3 :使用濾波窗口對256色灰度圖像進行增強處理； 步驟4:選取合適的閾值，將步驟3得到的圖像轉換為只有黑和白兩種顏色的二值圖 像； 步驟5 :為了消除圖像中細胞之間的粘連現象，用數學形態學中的腐蝕法對二值圖像 進行腐蝕； 步驟6 :對腐蝕后的二值圖像計算歐拉數，該數值即為要統計的牛奶體細胞數量。2. 根據權利要求1所述的一種基于圖像處理的牛奶體細胞計數方法，其特征在于，所 述對256色灰度圖像進行增強處理是將步驟2得到的灰度圖像進行灰度拉伸處理。3. 根據權利要求1所述的一種基于圖像處理的牛奶體細胞計數方法，其特征在于，所 述合適的閾值是通過灰度圖像的直方圖，選取波谷的灰度值作為二值化的閾值。4. 根據權利要求1所述的一種基于圖像處理的牛奶體細胞計數方法，其特征在于，所 述用于腐蝕的結構元素為5X5像素的矩形窗口。5. 根據權利要求1所述的一種基于圖像處理的牛奶體細胞計數方法，其特征在于，所 述計算歐拉數的方法采用多行掃描四方塊計數法，用四方塊計算歐拉數，需要用&、隊和 隊來統計給定圖像中符合樣本塊Ρρ匕和P3的數量；具體方法是：從給定二值圖像的第一 行第一個像素開始，按照從左到右、從上到下的順序依次掃描圖像的每個像素，采用一次多 行掃描的方法，即一次掃描過程中檢查多行像素，如果當前被檢查的像素所在的四方塊為 樣本塊Pi、匕或P3的其中某一個時，用來統計Pi、匕和P3數量的計數器Np隊和N3對應值 加1，整個圖像掃描完畢后，得到整個圖像中樣本塊Pi、PjPP3的數量，利用公式E=(Ni-N2 - 2N3)/4計算得到圖像的歐拉數E。
【專利摘要】一種基于圖像處理的牛奶體細胞計數方法，首先，在樣本牛奶中滴入染色劑對其體細胞進行染色，然后將牛奶均勻涂抹在載玻片上，用數碼顯微鏡采集細胞原始彩色圖像，并將原始彩色圖像轉換為256色灰度圖像，然后，使用濾波窗口對256色灰度圖像進行增強處理，選取合適的閾值，將增強處理后的圖像轉換為只有黑和白兩種顏色的二值圖像，最后，用腐蝕法對二值圖像進行腐蝕，對腐蝕后的二值圖像計算歐拉數，該數值即為要統計的牛奶體細胞數量，將牛奶體細胞計數全程自動化實現，能夠在短時間內統計出牛奶體細胞的數量，從而降低工人勞動強度和出錯率，提高生產效率，計數準確性高且速度快，能夠滿足自動化生產的要求。
【IPC分類】G06T7/00
【公開號】CN105303568
【申請號】CN201510672904
【發明人】何立風, 姚斌, 趙曉
【申請人】陜西科技大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月15日