一種實現多聚焦顯微圖像實時融合的方法
2023-05-07 22:14:26 3
專利名稱：一種實現多聚焦顯微圖像實時融合的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用多源點擴散耦合邊界實現多聚焦顯微圖像實時融合的方法，屬於計算機圖像處理技術應用領域。
背景技術：
圖像融合技術是利用各種成像傳感器得到的不同圖像的互補信息和冗餘信息，以獲得更為全面、準確的圖像描述，包括像素級、特徵級和決策級三個層次。作為圖像融合研究內容之一的多焦面圖像合成，是指在相同的成像條件下，拍攝多幅處於不同聚焦平面的圖像，通過像素級圖像融合技術得到一幅聚焦清晰的圖像。多焦面圖像融合技術主要有基於小波變換的多焦面圖像合成、用反向濾波器進行圖像的圖像合成以及基於區域劃分的多焦面圖像的重構。其中，基於小波變換的融合圖像方法是通過降低圖像清晰區域的圖像質量來提升圖像模糊區域的圖像質量以得到目標均為「清晰」的融合結果。反向濾波器的融合方法雖然能得到很好的圖像質量，但是其算法複雜度過高，不能滿足顯微鏡自動聚焦過程中的即時性要求。此外，現有圖像融合技術適用於兩幅多焦面圖像的融合，對於紡織材料、如纖維集合體、紗線、針織、機織布、非織造布等具有一定厚度、並且彎曲的目標來說，需要採集同視野、不同聚焦位置的數十層圖像才能得到足夠的融合信息。因此利用現有圖像融合方法很難實現此類目標的實時圖像融合。
發明內容
本發明的目的是提供一種貫穿超景深目標的多個不同聚焦位置圖層的實時圖像融合方法，用於獲取目標的清晰顯微合成圖像。為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供一種實現多聚焦顯微圖像實時融合的方法，其特徵在於第一步、多層顯微圖像採集利用裝配有自動載物臺的全自動顯微鏡，採集同一視野下、不同聚焦位置的多層顯微圖像；第二步、清晰源點選取針對多層顯微圖像的每一層，分別計算所有像素點的清晰度，通過不同圖層之間的相同位置像素點清晰度對比，得到與源圖像尺度相同的最清晰矩陣，提取最清晰矩陣中像素清晰度的極值點，作為擴散區域的清晰源點，其中，最清晰矩陣的計算步驟為求取所有顯微圖像中每個像素點的清晰度，在所有相同坐標位置的像素點所得到的清晰度中選取最大值作為該位置的清晰度極大值，形成表徵目標清晰成像特徵的最清晰矩陣，最清晰矩陣中第i行第j列元素表示第i行第j列的像素點的清晰度極大值；第三步、多源點擴散以清晰源點為擴散源，設想擴散源沿著8鄰域方向，從高清晰度向低清晰度方向均質擴散，直至兩個相鄰的不同清晰源點的擴散邊界相遇，形成耦合邊界，當所有清晰源點的邊界都耦合完成，則多源點擴散結束；第四步、融合區域的選擇對於任意一個清晰源點來說，與相鄰清晰源點的耦合邊界合圍形成了與該清晰源點相對應的融合區域，從而得到了融合圖像的各個融合區域，求取所有顯微圖像與融合區域相對應區域的區域清晰度，在所有相同位置的區域中找到具有最大區域清晰度的區域，將該區域的顯微圖像數據寫入與其對應的融合區域，將所有融合區域都讀入完畢後形成所需要的融合圖像。優選地，在所述第二步中像素點的清晰度通過以下公式得到S(x, y) = |G(X-1, y-l)-G(x+l, y+1) | + |G(X-1, y+l)_G(x+l, y-1) I ,其中，S(x, y)表示位於位置(x，y)處的像素點的清晰度，G(x，y)表示位於位置(x，y)處的像素點的灰度值。優選地，在所述第三步中，兩相鄰清晰源點間的耦合邊界由一系列到兩相鄰清晰源點距離相等的點組成，這些點被稱為邊界點，利用距離變換公式可獲得到兩相鄰清晰源點距離相等的一系列邊界點集合，距離變換公式為拉' -xhf+(Y1 -Yh)2 =拉2 -Xh)2 +(Y2 -Yb)2，其中,(X1, Y1)及(X2，Y2)分別為相鄰兩個清晰源點的位置坐標，(Xb, Yb)為邊界點的位置坐標。優選地，所述第四步中的區域清晰度為該區域內所有像素點的清晰度的和。通過本發明獲得的清晰顯微圖像是圖像處理的重要基礎，本發明利用多源點擴散技術，通過研究同視野、多圖層、彩色圖像，能夠實現自動聚焦多焦面顯微圖像的實時融合，相比較於自動聚焦顯微圖像，融合圖像中幾乎所以的纖維都呈清晰狀態，為後續圖像分析提供了優質圖像源。
圖1a至圖1i為同一視野條件下不同圖層的顯微圖像，其中，圖1a為第15圖層的顯微圖像，圖1b為第25圖層的顯微圖像，圖1c為第35圖層的顯微圖像，圖1d為第45圖層的顯微圖像，圖1e為第55圖層的顯微圖像，圖1f為第65圖層的顯微圖像，圖1g為第75圖層的顯微圖像，圖1h為第85圖層的顯微圖像，圖1i為第95圖層的顯微圖像；圖2為清晰源點選取示意圖；圖3a至圖3c為清晰源點擴散過程示意圖；圖4為多源點融合區域形成示意圖；圖5為最後得到的融合圖像示意圖。
具體實施例方式為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，並配合附圖作詳細說明如下。本發明提供了一種實現多聚焦顯微圖像實時融合的方法，其步驟為第一步、多層顯微圖像採集利用裝配有自動載物臺的全自動顯微鏡，採集同一視野下、不同聚焦位置的多層顯微圖像，如圖1a至圖1i為同一視野條件下熱軋非織造布的不同圖層的顯微圖像；第二步、清晰源點選取針對多層顯微圖像的每一層，分別計算所有像素點的清晰度，通過不同圖層之間的相同位置像素點清晰度對比，得到與源圖像尺度相同的最清晰矩陣，提取最清晰矩陣中像素清晰度的極值點，作為擴散區域的清晰源點，如圖2所示，為得到的清晰源點，其中，最清晰矩陣的計算步驟為
求取所有顯微圖像中每個像素點的清晰度，像素點的清晰度通過公式(I)得到S(x, y) = |G(x_l, y-l)_G(x+l, y+1) | + |G(x_l, y+l)_G(x+l, y-1) I (I)；其中，S(x, y)表示位於位置(x，y)處的像素點的清晰度，G(x, y)表示位於位置(X，y)處的像素點的灰度值，在所有相同坐標位置的像素點所得到的清晰度中選取最大值作為該位置的清晰度極大值，形成表徵目標清晰成像特徵的最清晰矩陣，最清晰矩陣中第i行第j列元素表示第i行第j列的像素點的清晰度極大值；第三步、結合圖3a至圖3c，多源點擴散以清晰源點為擴散源，設想擴散源沿著8鄰域方向，從高清晰度向低清晰度方向均質擴散，直至兩個相鄰的不同清晰源點的擴散邊界相遇，形成耦合邊界，當所有清晰源點的邊界都耦合完成，則多源點擴散結束，其中，兩相鄰清晰源點間的耦合邊界由一系列到兩相鄰清晰源點距離相等的點組成，這些點被稱為邊界點，利用距離變換公式可獲得到兩相鄰清晰源點距離相等的一系列邊界點集合，式(2)為距離變換公式
權利要求
1.一種實現多聚焦顯微圖像實時融合的方法，其特徵在於，步驟為 第一步、多層顯微圖像採集利用裝配有自動載物臺的全自動顯微鏡，採集同一視野下、不同聚焦位置的多層顯微圖像； 第二步、清晰源點選取針對多層顯微圖像的每一層，分別計算所有像素點的清晰度，通過不同圖層之間的相同位置像素點清晰度對比，得到與源圖像尺度相同的最清晰矩陣，提取最清晰矩陣中像素清晰度的極值點，作為擴散區域的清晰源點，其中，最清晰矩陣的計算步驟為 求取所有顯微圖像中每個像素點的清晰度，在所有相同坐標位置的像素點所得到的清晰度中選取最大值作為該位置的清晰度極大值，形成表徵目標清晰成像特徵的最清晰矩陣，最清晰矩陣中第i行第j列元素表示第i行第j列的像素點的清晰度極大值； 第三步、多源點擴散以清晰源點為擴散源，設想擴散源沿著8鄰域方向，從高清晰度向低清晰度方向均質擴散，直至兩個相鄰的不同清晰源點的擴散邊界相遇，形成耦合邊界，當所有清晰源點的邊界都耦合完成，則多源點擴散結束； 第四步、融合區域的選擇對於任意一個清晰源點來說，與相鄰清晰源點的耦合邊界合圍形成了與該清晰源點相對應的融合區域，從而得到了融合圖像的各個融合區域，求取所有顯微圖像與融合區域相對應區域的區域清晰度，在所有相同位置的區域中找到具有最大區域清晰度的區域，將該區域的顯微圖像數據寫入與其對應的融合區域，將所有融合區域都讀入完畢後形成所需要的融合圖像。
2.如權利要求I所述的一種實現多聚焦顯微圖像實時融合的方法，其特徵在於，在所述第二步中像素點的清晰度通過以下公式得到S(x, y) = G(x-1, y-l)-G(x+1, y+1) | +1G(x_l, y+1)-G(x+1, y_l) | ,其中，S(x, y)表示位於位置(x，y)處的像素點的清晰度，G(x, y)表示位於位置(X，y)處的像素點的灰度值。
3.如權利要求I所述的一種實現多聚焦顯微圖像實時融合的方法，其特徵在於，在所述第三步中，兩相鄰清晰源點間的耦合邊界由一系列到兩相鄰清晰源點距離相等的點組成，這些點被稱為邊界點，利用距離變換公式可獲得到兩相鄰清晰源點距離相等的一系列邊界點集合，距離變換公式為
4.如權利要求I所述的一種實現多聚焦顯微圖像實時融合的方法，其特徵在於，所述第四步中的區域清晰度為該區域內所有像素點的清晰度的和。
全文摘要
本發明涉及一種實現多聚焦顯微圖像實時融合的方法，其特徵在於，步驟為第一步、多層顯微圖像採集；第二步、清晰源點選取；第三步、多源點擴散；第四步、融合區域的選擇。通過本發明獲得的清晰顯微圖像是圖像處理的重要基礎，本發明利用多源點擴散技術，通過研究同視野、多圖層、彩色圖像，能夠實現自動聚焦多焦面顯微圖像的實時融合，相比較於自動聚焦顯微圖像，融合圖像中幾乎所以的纖維都呈清晰狀態，為後續圖像分析提供了優質圖像源。
文檔編號G06T5/50GK102982522SQ20121054465
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者王榮武, 曾培峰, 吳海波, 李彩蘭 申請人:東華大學