專利名稱：一種血細(xì)胞單幀圖像的自動(dòng)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(dòng)載物臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度和相機(jī)的拍攝時(shí)間，進(jìn)而得到清晰的血細(xì)胞圖像的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)顯微檢測(cè)，一般是由檢測(cè)人員通過光學(xué)顯微鏡對(duì)樣本進(jìn)行目視觀察， 并以手寫報(bào)告，手動(dòng)計(jì)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(qiáng)度大， 存在人為的觀察誤差，對(duì)檢測(cè)員的技術(shù)水平要求較高，并且它只能通過顯微攝影進(jìn)行圖像記錄，不能對(duì)圖像進(jìn)行必要的處理，也不能快速存儲(chǔ)和再現(xiàn)，更不能通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離傳輸圖像信息，因而已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不適應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)顯微圖像發(fā)展的要求。自動(dòng)顯微鏡方法的應(yīng)用為解決人工方法帶來的諸多問題提供了可能。自動(dòng)顯微鏡能在很短的時(shí)間內(nèi)可靠地識(shí)別血細(xì)胞樣本中的白細(xì)胞，精確測(cè)定其顏色，形狀和紋理對(duì)它們進(jìn)行分類，而不會(huì)引入人為的不可避免的主觀因素。血細(xì)胞形態(tài)學(xué)檢查中要求對(duì)血細(xì)胞樣本制成的血涂片整個(gè)表面進(jìn)行觀察，但是， 通常，顯微鏡的視野范圍要顯著小于整個(gè)血涂片樣本區(qū)域，這時(shí)就需要進(jìn)行全景掃描工作。 自動(dòng)掃描是血細(xì)胞檢查分析的基礎(chǔ)，它提供實(shí)現(xiàn)圖像自動(dòng)拼接和縫合的原始數(shù)據(jù)。同時(shí)在進(jìn)行血細(xì)胞拍照的時(shí)候，往往由于相機(jī)和血細(xì)胞之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成拍照?qǐng)D像模糊，從而給圖像研究和應(yīng)用帶來了一定的麻煩，為了便于對(duì)血細(xì)胞目標(biāo)進(jìn)行研究，需要把圖像進(jìn)行清晰化，這種技術(shù)需要圖像恢復(fù)。對(duì)于模糊圖像的恢復(fù)，一般可以采用兩種方法。一種方法適用于對(duì)圖像缺乏先驗(yàn)知識(shí)的情況，此時(shí)可以對(duì)退化過程(模糊和噪聲) 建立模型，進(jìn)行描述，進(jìn)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(jì)圖像退化過程影響以前的情況，所以是一種估計(jì)方法。另外一種方法適用于對(duì)原始圖像有足夠的先驗(yàn)知識(shí)，可以對(duì)原始圖像建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型并且對(duì)模糊圖像進(jìn)行恢復(fù)。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(xì)胞等等)，這樣，由于僅僅是原始圖像很少幾個(gè)參數(shù)(數(shù)目、位置、幅度等等) 未知，因此這是一個(gè)檢測(cè)問題。運(yùn)動(dòng)模糊圖像一般可以用下面的線性移不變系統(tǒng)進(jìn)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(yīng)的模糊圖像，h(x，y)是系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)， η(x, y)是隨機(jī)噪聲。在運(yùn)動(dòng)模糊圖像中，模糊距離是指原始圖像中像素點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡范圍。模糊距離對(duì)于確定系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)h(x，y)有著重要意義。利用模糊圖像頻域中兩個(gè)零點(diǎn)之間的距離得到模糊距離，進(jìn)而確定系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)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(yùn)動(dòng)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(dá)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(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)不能精確地確定，并且假設(shè)實(shí)際系統(tǒng)是個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過程，這和圖像模糊的實(shí)際情況相差較大，所以恢復(fù)具體的運(yùn)動(dòng)模糊圖像，
效果不一定是最好的。有人提出最大后驗(yàn)概率(MAP)的方法恢復(fù)，這種方法假定系統(tǒng)是個(gè)二維線性移不變系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)建立AR模型進(jìn)行圖像恢復(fù)和參數(shù)估計(jì)。但是用這種方法恢復(fù)圖像，需要進(jìn)行大量的計(jì)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(duì)噪聲過于敏感，在噪聲存在的情況下，效果不佳，需要進(jìn)行大量的計(jì)算，不能滿足實(shí)時(shí)性的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種血細(xì)胞單幀圖像的自動(dòng)掃描方法，以解決在噪聲存在的情況下， 效果不佳，需要進(jìn)行大量的計(jì)算，不能滿足實(shí)時(shí)性要求的問題。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是它由計(jì)算機(jī)、電機(jī)控制器、步進(jìn)電機(jī)、顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)、照明系統(tǒng)、載玻片、顯微鏡系統(tǒng)、數(shù)字?jǐn)z像頭、圖像采集卡組成；其中，數(shù)字?jǐn)z像頭裝在顯微鏡的攝像接口上，顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)設(shè)有X方向步進(jìn)電機(jī)，計(jì)算機(jī)的通訊接口接于電機(jī)控制器的通訊模塊，電機(jī)控制器的輸出連接步進(jìn)電機(jī)，數(shù)字?jǐn)z像頭的輸出信號(hào)送至計(jì)算機(jī)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(dòng)載物臺(tái)上；
計(jì)算機(jī)分別產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)和圖像采集控制信號(hào)，并將所述運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)提供至電機(jī)控制器，電機(jī)控制器控制顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)的移動(dòng)速度和方向，移動(dòng)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(hào)提供給圖像采集卡，圖像采集卡響應(yīng)所述控制信號(hào)來捕獲圖像，所述圖像采集控制信號(hào)中
血細(xì)胞單幀圖像曝光時(shí)間ΔΤ=ρΧ Δ τ，ρ為血細(xì)胞所占的像素個(gè)數(shù)，其中Δ τ是一個(gè)像素的曝光時(shí)間
Δ τ=1/ (幀率FX相機(jī)橫向分辨率民)。在本發(fā)明中血細(xì)胞的檢測(cè)過程中，電機(jī)是直線勻速運(yùn)動(dòng)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(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，從而簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算過程，提高檢測(cè)速度，使系統(tǒng)達(dá)到實(shí)時(shí)性要求。本發(fā)明通過顯微鏡、移動(dòng)載物臺(tái)、攝像系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)配合，即根據(jù)直線電機(jī)勻速運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，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(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，從而簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算過程，提高檢測(cè)速度，使系統(tǒng)達(dá)到實(shí)時(shí)性要求。


圖1是示出血細(xì)胞圖像的自動(dòng)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(dòng)時(shí)拍攝的重疊區(qū)域示意圖3 (a)是僅有3個(gè)像素的一幅圖像，背景中像素點(diǎn)之間有很強(qiáng)的相關(guān)性； 圖3 (b)是圖3 (a)中的三個(gè)像素點(diǎn)沿著水平方向運(yùn)動(dòng)造成模糊的圖片，模糊的距離為10個(gè)像素點(diǎn)；
圖4是示出相機(jī)曝光時(shí)間與拍攝周期的比例關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式它由計(jì)算機(jī)7、電機(jī)控制器9、步進(jìn)電機(jī)3、顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)1、照明系統(tǒng)4、載玻片2、顯微鏡系統(tǒng)5、數(shù)字?jǐn)z像頭6、圖像采集卡8組成；其中，數(shù)字?jǐn)z像頭裝在顯微鏡的攝像接口上，顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)設(shè)有X方向步進(jìn)電機(jī)，計(jì)算機(jī)的通訊接口接于電機(jī)控制器的通訊模塊，電機(jī)控制器的輸出連接步進(jìn)電機(jī)，數(shù)字?jǐn)z像頭的輸出信號(hào)送至計(jì)算機(jī)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(dòng)載物臺(tái)1上；
計(jì)算機(jī)7分別產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)和圖像采集控制信號(hào)，并將所述運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)提供至電機(jī)控制器9，電機(jī)控制器9控制顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)1的移動(dòng)速度和方向，移動(dòng)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(hào)提供給圖像采集卡，圖像采集卡8響應(yīng)所述控制信號(hào)來捕獲圖像， 所述圖像采集控制信號(hào)中
血細(xì)胞單幀圖像曝光時(shí)間ΔΤ=ρΧ Δ τ，ρ為血細(xì)胞所占的像素個(gè)數(shù)，其中Δ τ是一個(gè)像素的曝光時(shí)間
Δ τ=1/ (幀率FX相機(jī)橫向分辨率&)。圖1是示出本實(shí)施方式的整個(gè)血細(xì)胞自動(dòng)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(dòng)載物臺(tái)1與步進(jìn)電機(jī)3，電機(jī)控制器9，依次連接。顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)1的移動(dòng)由X方向步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，使顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)1絲桿沿X方向行進(jìn)。數(shù)字?jǐn)z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(jì)算機(jī)的圖像采集卡8，計(jì)算機(jī)7分別產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)和圖像采集控制信號(hào)，并將所述運(yùn)動(dòng)控制信提供至電機(jī)控制器9，電機(jī)控制器9 控制顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)1的移動(dòng)速度和方向；圖像采集控制信號(hào)提供給圖像采集卡8，圖像采集卡8響應(yīng)所述控制信號(hào)來捕獲圖像。圖像采集控制信號(hào)，其特征在于控制圖像采集卡的拍攝幀率和單幀曝光時(shí)間。整個(gè)血細(xì)胞自動(dòng)掃描過程中，成像系統(tǒng)主要由視覺傳感器C⑶相機(jī)，配合合適的鏡頭和光源來組成。這三個(gè)部分需要根據(jù)被檢測(cè)細(xì)胞的尺寸和樣本表面狀態(tài)以及檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境進(jìn)行合理選擇與搭配。視覺傳感器是將光學(xué)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(duì)光的靈敏度等，另外，按CCD相機(jī)的工作方式不同，通常分為隔行掃描相機(jī)和逐行掃描相機(jī)兩大類，通常情況下，隔行掃描相機(jī)用于被測(cè)物體靜止或者速度非常慢的情況下，而逐行掃描相機(jī)則用于獲取運(yùn)動(dòng)物體的圖像信息。為了避免光學(xué)畸變對(duì)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(xì)胞細(xì)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(xué)鏡頭的放大倍數(shù)M=10，也就是血細(xì)胞圖像要經(jīng)過光學(xué)鏡頭10倍的放大。光源采用IOOW鹵素?zé)籼峁┏Ｕ彰?。在整個(gè)血細(xì)胞自動(dòng)掃描過程中，由于顯微鏡的視野范圍要顯著小于整個(gè)血涂片樣本區(qū)域，這時(shí)就需要進(jìn)行全景掃描工作。自動(dòng)掃描是血細(xì)胞檢查分析的基礎(chǔ)，它提供實(shí)現(xiàn)圖像自動(dòng)拼接和縫合的原始數(shù)據(jù)。在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中為了保證圖像不拖尾，同時(shí)圖像不重疊， 則要求第二幀曝光時(shí)像的起始點(diǎn)為第一幀的末尾點(diǎn)。第二幀曝光過早，拍攝的圖像就會(huì)重疊，第二幀曝光過晚，圖像就會(huì)出現(xiàn)間隔，使圖像不能產(chǎn)生連續(xù)效應(yīng)，如圖2所示。根據(jù)以上要求得到載物臺(tái)移動(dòng)速度的計(jì)算公式(2)
移動(dòng)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(shí)間與模糊圖像之間的關(guān)系。利用一幅簡(jiǎn)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(gè)像素的一幅圖像，背景中像素點(diǎn)之間有很強(qiáng)的相關(guān)性。圖3 (b)是圖3 (a)中的三個(gè)像素點(diǎn)沿著水平方向運(yùn)動(dòng)造成模糊的圖片，模糊的距離為10個(gè)像素點(diǎn)。在血細(xì)胞自動(dòng)掃描系統(tǒng)中，由于電機(jī)只是在一個(gè)方向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)，先對(duì)其中的單獨(dú)一副圖像進(jìn)行模糊分析。假設(shè)圖像f(x，y)有一個(gè)平面運(yùn)動(dòng)，令、(t)和yci(t)分別為在χ和y方向上運(yùn)動(dòng)的變化分量，T表示運(yùn)動(dòng)的時(shí)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(shí)間的積分。則模糊后的圖像為
權(quán)利要求
1. 一種血細(xì)胞單幀圖像的自動(dòng)掃描方法，其特征在于它由計(jì)算機(jī)、電機(jī)控制器、步進(jìn)電機(jī)、顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)、照明系統(tǒng)、載玻片、顯微鏡系統(tǒng)、數(shù)字?jǐn)z像頭、圖像采集卡組成；其中，數(shù)字?jǐn)z像頭裝在顯微鏡的攝像接口上，顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)設(shè)有X方向步進(jìn)電機(jī)，計(jì)算機(jī)的通訊接口接于電機(jī)控制器的通訊模塊，電機(jī)控制器的輸出連接步進(jìn)電機(jī)，數(shù)字?jǐn)z像頭的輸出信號(hào)送至計(jì)算機(jī)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(dòng)載物臺(tái)上；計(jì)算機(jī)分別產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)和圖像采集控制信號(hào)，并將所述運(yùn)動(dòng)控制信提供至電機(jī)控制器，電機(jī)控制器控制顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)的移動(dòng)速度和方向，移動(dòng)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(hào)提供給圖像采集卡，圖像采集卡響應(yīng)所述控制信號(hào)來捕獲圖像，所述圖像采集控制信號(hào)中血細(xì)胞單幀圖像曝光時(shí)間ΔΤ=ρΧ Δ τ，ρ為血細(xì)胞所占的像素個(gè)數(shù)，其中Δ τ是一個(gè)像素的曝光時(shí)間Δ τ=1/ (幀率FX相機(jī)橫向分辨率&)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種血細(xì)胞單幀圖像的自動(dòng)掃描方法，屬于顯微鏡系統(tǒng)中圖像的自動(dòng)掃描方法。將顯微鏡載玻片放到顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)上；電機(jī)控制器控制顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)的移動(dòng)速度和方向，移動(dòng)速度v=幀率F×分辨率R×像元尺寸P/放大倍率M；血細(xì)胞單幀圖像曝光時(shí)間ΔT=p×Δτ。根據(jù)直線電機(jī)勻速運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，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(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，從而簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算過程，提高檢測(cè)速度，使系統(tǒng)達(dá)到實(shí)時(shí)性要求。
文檔編號(hào)G02B21/36GK102564924SQ201210027280
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)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(zhǎng)印 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春迪瑞醫(yī)療科技股份有限公司