專利名稱：一種對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電圖像自動(dòng)識(shí)別與統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)方法。
背景技術(shù)：
光電圖像識(shí)別是智能儀器研究的前沿內(nèi)容，也是自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)采用的重要手段，它涉及計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、圖像信息處理技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等多種新興學(xué)科研究的關(guān)鍵內(nèi)容。對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)在減輕常規(guī)手工計(jì)數(shù)方法所帶來的繁重勞動(dòng)的同時(shí)還可以減少人為測(cè)量誤差，是醫(yī)學(xué)臨床化驗(yàn)中急需解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決目前對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)手工計(jì)數(shù)所帶來的繁重勞動(dòng)和測(cè)量誤差的問題，提供一種對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)方法。
本發(fā)明提供的一種對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)方法，是通過如下步驟實(shí)現(xiàn)——由計(jì)算機(jī)(8)控制的位置調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)接口(6)將由計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字脈沖控制信號(hào)經(jīng)過放大后輸入給縱向聚焦位置調(diào)節(jié)器(2)、水平X方向位置調(diào)節(jié)器(3)和水平Y(jié)方向位置調(diào)節(jié)器(4)；——首先由圖像采集接口(7)獲得一幅由攝象機(jī)(5)攝取的生物顯微鏡光學(xué)成像部分(1)所成當(dāng)前縱向位置處的圖像并通過計(jì)算機(jī)(8)計(jì)算其信息熵，通過位置調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)接口(6)控制縱向聚焦位置調(diào)節(jié)器(2)沿縱軸向上或向下移動(dòng)一個(gè)縱向步進(jìn)步長后，再采集一幅圖像并計(jì)算其信息熵，選擇兩幅圖像信息熵值最大的圖像采集位置的方向前進(jìn)一個(gè)縱向步進(jìn)步長再進(jìn)行圖像的采集與信息熵判斷，重復(fù)上述過程直到找到圖像信息熵最大值位置為止，以圖像信息熵最大位置為圖像采集的理想縱向位置；——通過圖像采集接口(7)采集一幅由攝像機(jī)(5)攝取的圖像到計(jì)算機(jī)(8)，由相應(yīng)的圖像分析軟件完成對(duì)顯微視野內(nèi)血液白細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)；——然后，通過位置調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)接口(6)控制水平X方向位置調(diào)節(jié)器(3)使染色血液細(xì)胞載片向X軸正方向前進(jìn)一個(gè)水平步進(jìn)步長，對(duì)新位置血液白細(xì)胞計(jì)數(shù)，直到所需要分析區(qū)域的X方向水平邊界為止；——在邊界處通過位置調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)接口(6)控制水平Y(jié)方向位置調(diào)節(jié)器(4)向使染色血液細(xì)胞載片Y軸正方向前進(jìn)一個(gè)水平步進(jìn)步長，在當(dāng)前新的Y位置沿X的反方向步進(jìn)地對(duì)血液白細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)到X軸反方向邊界；——重復(fù)Y方向步進(jìn)、X方向步進(jìn)直到掃描完所需要分析的所有水平面位置，即外周血染色片上對(duì)應(yīng)的判讀區(qū)域?yàn)橹?；——以上各步?jì)數(shù)總和即為所需要分析的染色血液細(xì)胞載片上的白細(xì)胞個(gè)數(shù)。
計(jì)數(shù)前應(yīng)對(duì)圖象進(jìn)行預(yù)處理即對(duì)由攝象機(jī)(5)攝取的生物顯微鏡光學(xué)成像部分(1)所成的圖象，在進(jìn)行白細(xì)胞計(jì)數(shù)時(shí)首先利用公式將染色血液細(xì)胞的顏色從RGB(三基色)表色空間變換到HSI(國際標(biāo)準(zhǔn)CIE)表色空間，通過彩色分量S(色調(diào))直方圖濾波得到以白細(xì)胞色彩為特征的分割圖，通過形態(tài)學(xué)濾波的方法消除噪聲并使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的腐蝕方法將白細(xì)胞圖像收縮成一個(gè)點(diǎn)，通過統(tǒng)計(jì)最后的收縮的點(diǎn)數(shù)就得到白細(xì)胞個(gè)數(shù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明給出了一種對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)方法，該方法不僅可以快速準(zhǔn)確地對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，對(duì)于使用其他需要以圖像為目標(biāo)的圖像分析與統(tǒng)計(jì)應(yīng)用也適用。本方法具有的測(cè)量速度快、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于自動(dòng)化測(cè)量過程，可廣泛地用于光學(xué)圖像傳感和測(cè)量以及與此相關(guān)的其他應(yīng)用場(chǎng)合。本發(fā)明采用現(xiàn)代自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集與分析方法實(shí)現(xiàn)的實(shí)用系統(tǒng)，具有分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、智能化程度高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)本發(fā)明可進(jìn)行準(zhǔn)確、快速、自動(dòng)地運(yùn)行和顯微圖像的識(shí)別與測(cè)量，從而完成對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)的測(cè)量。

圖1是血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是染色血液細(xì)胞載片掃描移動(dòng)方向示意圖；圖3是圖像平面上選取的信息熵計(jì)算參考點(diǎn)示意圖；圖4是染色的外周血液細(xì)胞圖像；圖5是一幅二值圖像，即通過彩色分量S(色調(diào))直方圖濾波得到的以白細(xì)胞色彩為特征的分割圖；圖6是通過形態(tài)學(xué)濾波的方法消除噪聲并使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的腐蝕方法將白細(xì)胞圖像收縮成一個(gè)點(diǎn)的參考圖像。
具體實(shí)施例實(shí)施例1如圖1所示，本發(fā)明通過以下技術(shù)及計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)開始時(shí)，先由圖像采集接口(7)獲得一個(gè)顯微鏡當(dāng)前觀測(cè)位置處的血液細(xì)胞圖像并計(jì)算圖像信息熵，通過位置調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)接口(6)控制縱向聚焦位置調(diào)節(jié)器(2)沿縱軸向上或向下移動(dòng)一個(gè)縱向步進(jìn)步長后再采集一幅圖像并計(jì)算圖像信息熵，選擇兩幅圖像信息熵最大值對(duì)應(yīng)位置的方向前進(jìn)一個(gè)縱向步進(jìn)步長再判斷所在位置圖像信息熵的大小，直到找到圖像信息熵最大位置為止，以圖像信息熵最大位置為理想聚焦位置，其依據(jù)是Burg于1967年提出的最大熵理論。
圖像信息熵的計(jì)算式為H(I)=-Σi=1NP(Ii)ln[P(Ii)]----(a)]]>式中H(I)為圖像信息熵，I＝{I1，I2，I3，…}為某一圖像的灰度像素序列，P(Ii)為圖像中灰度值為Ii的像素在圖像中出現(xiàn)的幾率。
在圖像得到較好的聚焦后，通過圖像采集接口(7)采集由CCD攝象機(jī)(5)攝取的圖像到計(jì)算機(jī)(8)中，由相應(yīng)的圖像分析軟件完成對(duì)顯微視野內(nèi)血液白細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于染色血液細(xì)胞是彩色的，單純地使用圖像灰度I對(duì)圖像分析有一定困難，所以使用圖像色彩的色調(diào)H和顏色飽和度S作為彩色圖像目標(biāo)識(shí)別的判別參量。計(jì)算機(jī)中圖像一般采用RGB格式進(jìn)行存儲(chǔ)，采用HSI做識(shí)別判定運(yùn)算時(shí)需要對(duì)相應(yīng)數(shù)值做變換，變換公式為h=cos-1{12[(r-g)+(r-b)][(r-g)2+(r-b)(g-b)]1/2}]]>s=1-3r+g+b(r,g,b)]]]>i=r+g+b3]]>(b)式中r、g、b代表某像素在RGB色彩描述系統(tǒng)中的顏色值，h、s、i為同一像素在HSI系統(tǒng)中的顏色值。
在完成一幅顯微圖像分析統(tǒng)計(jì)后，通過圖像采集接口(7)控制水平X方向位置調(diào)節(jié)器(3)前進(jìn)一個(gè)水平步進(jìn)步長，對(duì)新位置血液圖像累計(jì)進(jìn)行白細(xì)胞計(jì)數(shù)，直到所需要分析區(qū)域的X方向水平邊界為止，在邊界處通過圖像采集接口(7)控制水平Y(jié)方向位置調(diào)節(jié)器(4)前進(jìn)一個(gè)水平步進(jìn)步長并進(jìn)行視野內(nèi)白血球的計(jì)數(shù)，在當(dāng)前新的Y位置沿X的反方向步進(jìn)地對(duì)血液白細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到完成所需要分析的所有水平面位置的白血球計(jì)數(shù)，即外周血染色片上對(duì)應(yīng)的判讀區(qū)域計(jì)數(shù)為止。圖像掃描模式見附圖2本方法使用的生物顯微鏡結(jié)構(gòu)與醫(yī)學(xué)臨床使用的常規(guī)生物顯微鏡結(jié)構(gòu)基本一樣，只是在顯微成像光路中增加了一個(gè)光學(xué)分束棱鏡和一個(gè)連接在顯微鏡三維調(diào)整軸上的步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。在顯微鏡基本結(jié)構(gòu)模塊中，顯微鏡光學(xué)成像系統(tǒng)有一個(gè)光學(xué)分束棱鏡將血液細(xì)胞圖像分別成像到人眼觀測(cè)的目鏡位置和CCD攝像機(jī)(5)攝取圖像的位置。保留人眼觀測(cè)目鏡的目的是便于工作過程的人工監(jiān)視和設(shè)備的校準(zhǔn)。圖像自動(dòng)采集模塊完成顯微圖像的光學(xué)圖像到計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。顯微鏡觀測(cè)位置調(diào)整模塊實(shí)現(xiàn)顯微鏡放大鏡頭的高低位置調(diào)整和染色血液載片的二維水平位置調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)觀測(cè)位置的三維調(diào)整。在三維調(diào)整驅(qū)動(dòng)中，縱向位置的調(diào)整采用電機(jī)傳動(dòng)軸上連接的齒輪進(jìn)行的大行程位移驅(qū)動(dòng)和由電致驅(qū)動(dòng)的微小位移驅(qū)動(dòng)兩部分組成；橫向的兩個(gè)方向的位移采用的只是電機(jī)傳動(dòng)軸上連接的齒輪進(jìn)行的大行程位移驅(qū)動(dòng)。攝像機(jī)將采集到的圖像以工業(yè)視頻的標(biāo)準(zhǔn)格式輸入到圖像采集卡。圖像采集卡在接受到位移調(diào)整完成后的電信號(hào)觸發(fā)來進(jìn)行圖像的采集工作，而計(jì)算機(jī)對(duì)三維位移的驅(qū)動(dòng)通過通用串口實(shí)現(xiàn)。
如圖3所示，設(shè)某幅染色血液顯微圖像在垂直聚焦自動(dòng)判讀時(shí)，在圖像面上選取了二十五個(gè)像素點(diǎn)作為信息熵計(jì)算參考點(diǎn)(在實(shí)際中可以選擇更多個(gè)參考像素點(diǎn)或者是采集的數(shù)字圖像全部像素點(diǎn)作為信息熵計(jì)算對(duì)象)，各點(diǎn)的序號(hào)如圖3所示，圖中數(shù)字為信息熵計(jì)算參考點(diǎn)的順序號(hào)。
在信息熵最大點(diǎn)附近，也就是聚焦點(diǎn)附近的三個(gè)垂直調(diào)焦位置上對(duì)應(yīng)的圖像灰度對(duì)應(yīng)為下表1表1 三個(gè)垂直調(diào)焦平面上圖像灰度
平面1 平面2平面3表格中相應(yīng)的數(shù)字為圖3對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的圖像灰度值。
對(duì)應(yīng)的圖像信息熵計(jì)算結(jié)果如表2由表2可知，平面2的信息熵最大，該平面為聚焦平面。
表2 三個(gè)垂直調(diào)焦平面上圖像信息熵計(jì)算平面1 平面2 平面3
對(duì)如圖4所示染色的外周血液細(xì)胞圖像，在進(jìn)行白細(xì)胞計(jì)數(shù)時(shí)首先利用公式(b)將染色血液細(xì)胞的顏色從RGB(三基色)表色空間變換到HSI(國際標(biāo)準(zhǔn)CIE)表色空間，通過彩色分量S(色調(diào))直方圖濾波得到以白細(xì)胞色彩為特征的分割圖，如圖5，這是一幅二值圖像，可以通過形態(tài)學(xué)濾波的方法消除噪聲并使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的腐蝕方法將白細(xì)胞圖像收縮成一個(gè)點(diǎn)，如圖6。通過統(tǒng)計(jì)最后的收縮的點(diǎn)數(shù)就得到白細(xì)胞個(gè)數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)方法，其特征是該方法通過如下步驟實(shí)現(xiàn)——由計(jì)算機(jī)(8)控制的位置調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)接口(6)將由計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字脈沖控制信號(hào)經(jīng)過放大后輸入給縱向聚焦位置調(diào)節(jié)器(2)、水平X方向位置調(diào)節(jié)器(3)和水平Y(jié)方向位置調(diào)節(jié)器(4)；——首先由圖像采集接口(7)獲得一幅由攝象機(jī)(5)攝取的生物顯微鏡光學(xué)成像部分(1)所成當(dāng)前縱向位置處的圖像并通過計(jì)算機(jī)(8)計(jì)算其信息熵，通過位置調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)接口(6)控制縱向聚焦位置調(diào)節(jié)器(2)沿縱軸向上或向下移動(dòng)一個(gè)縱向步進(jìn)步長后，再采集一幅圖像并計(jì)算其信息熵，選擇兩幅圖像信息熵值最大的圖像采集位置的方向前進(jìn)一個(gè)縱向步進(jìn)步長再進(jìn)行圖像的采集與信息熵判斷，重復(fù)上述過程直到找到圖像信息熵最大值位置為止，以圖像信息熵最大位置為圖像采集的理想縱向位置；——通過圖像采集接口(7)采集一幅由攝像機(jī)(5)攝取的圖像到計(jì)算機(jī)(8)，由相應(yīng)的圖像分析軟件完成對(duì)顯微視野內(nèi)血液白細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)；——然后，通過位置調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)接口(6)控制水平X方向位置調(diào)節(jié)器(3)使染色血液細(xì)胞載片向X軸正方向前進(jìn)一個(gè)水平步進(jìn)步長，對(duì)新位置血液白細(xì)胞計(jì)數(shù)，直到所需要分析區(qū)域的X方向水平邊界為止；——在邊界處通過位置調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)接口(6)控制水平Y(jié)方向位置調(diào)節(jié)器(4)向使染色血液細(xì)胞載片Y軸正方向前進(jìn)一個(gè)水平步進(jìn)步長，在當(dāng)前新的Y位置沿X的反方向步進(jìn)地對(duì)血液白細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)到X軸反方向邊界；——重復(fù)Y方向步進(jìn)、X方向步進(jìn)直到掃描完所需要分析的所有水平面位置，即外周血染色片上對(duì)應(yīng)的判讀區(qū)域?yàn)橹梗弧陨细鞑接?jì)數(shù)總和即為所需要分析的染色血液細(xì)胞載片上的白細(xì)胞個(gè)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白細(xì)胞個(gè)數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)方法，其特征是計(jì)數(shù)前對(duì)圖象進(jìn)行預(yù)處理即對(duì)由攝象機(jī)(5)攝取的生物顯微鏡光學(xué)成像部分(1)所成的圖象，在進(jìn)行白細(xì)胞計(jì)數(shù)時(shí)首先利用公式將染色血液細(xì)胞的顏色從RGB即三基色表色空間變換到HIS即國際標(biāo)準(zhǔn)CIE表色空間，通過彩色分量S(色調(diào))直方圖濾波得到以白細(xì)胞色彩為特征的分割圖，通過形態(tài)學(xué)濾波的方法消除噪聲并使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的腐蝕方法將白細(xì)胞圖像收縮成一個(gè)點(diǎn)，通過統(tǒng)計(jì)最后的收縮的點(diǎn)數(shù)就得到白細(xì)胞個(gè)數(shù)。
全文摘要
一種對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)方法。解決目前對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)手工計(jì)數(shù)所帶來的繁重勞動(dòng)和測(cè)量誤差的問題。包括光學(xué)成像部分(1)、縱向聚焦位置調(diào)節(jié)器(2)、水平X與Y方向位置調(diào)節(jié)器(3)、(4)，攝像機(jī)(5)、位置調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)接口(6)、圖像采集接口(7)、計(jì)算機(jī)(8)組成圖像自動(dòng)采集計(jì)數(shù)系統(tǒng)。首先調(diào)整縱向位置，以圖像信息熵最大位置為圖像采集的理想縱向位置。通過位置調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)接口(6)控制水平X、Y方向移動(dòng)，完成染色血液細(xì)胞載片內(nèi)的白細(xì)胞計(jì)數(shù)。該方法不僅可快速準(zhǔn)確地對(duì)血液顯微圖像中白細(xì)胞個(gè)數(shù)進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，對(duì)其他需以圖像為目標(biāo)的圖像分析與統(tǒng)計(jì)應(yīng)用也適用。
文檔編號(hào)G06K9/00GK1793919SQ20051012224
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者孫杰, 孫建芳, 王傳永, 石明芳, 袁躍輝, 李恩邦 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)