果蠅灰度化圖像的提取方法
2023-10-25 17:43:32
專利名稱：果蠅灰度化圖像的提取方法
技術領域：
本發明屬於一種圖像診斷識別的方法，特別是果蠅複眼的灰度化圖像提取方法。
背景技術：
研究表明，果蠅的神經系統病變、基因突變、視覺障礙都將引發果蠅複眼病變。要分析果蠅的複眼病變，必須首先對複眼進行拍照，根據圖像進行分析判斷，從而得出果蠅眼睛是否病變的結論。目前對果蠅複眼病變的判定都是靠研究人員用鑷子一隻一隻抓來放在體視顯微鏡下用肉眼去觀察，這種方法存在諸多不足判定不準確、費時費力、效率低等。因而設計出自動診斷果蠅複眼病變系統具有非常重要的現實意義，不僅有助於科學研究中快速廣泛的採集果蠅病變標本並分析，而且能使科技工作者從繁重的顯微鏡觀察工作中解脫出來，提高診斷的準確性與工作的效率。採用數字特徵法，是從均值和方差兩個方面尋找正常果蠅與病變果蠅的統計差別，其方法為將圖像分割成N個矩形或圓形區域，計算各個區域均值和方差，設定誤診率，統計的正常果蠅的均值和方差，在誤診率允許範圍內對各區域做出診斷，正常區或病變區。但此方法存在比較大的缺陷正常果蠅均值和方差不易確定，因為果蠅的種類不同，複眼顏色有較大的差異，複眼大小也不盡一致；病變區域不能準確標記，不易統計病變面積和比例；分割區域數N不易確定；計算量大，效率低。如果採用頻譜特徵法對果蠅圖像進行二維傅立葉變換，觀察正常果蠅和病變果蠅的頻譜圖像，統計發現正常果蠅和病變果蠅沒有明顯的頻譜區分，這是因為正常果蠅和病變果蠅複眼的細節信息(小眼、高頻成分)和主體信息(複眼、低頻成分)是大致相同的。
發明內容
本發明的目的是提供一種提取果蠅複眼目標圖像的方法。
在提取的果蠅複眼目標圖像中，需要去除背景的影響。由於色彩對光照敏感，不同光照色彩變化很大。採集的果蠅顯微圖像為RGB空間，但R、G和B三個分量隨光照的變化是不一致的，因而不能直接使用來提取果蠅複眼目標。為此採用其它彩色模型中的量以減少光照影響，有效提取果蠅複眼目標。通過對果蠅複眼圖像分別在RGB，LAB，HSV，YIQ等彩色空間進行大量的實驗，本發明用HSV彩色空間中的色度H，因為它受光照影響小，對果蠅複眼目標提取非常有利，本發明採用HSV計算推導出來的公式如下V＝max(r，g，b)(1)S=1-min(r,g,b)max(r,g,b)]]>max(r，g，b)≠0(2)H=cos-1[(r-g)+(r-b)2(r-g)2+(r-b)(g-b)]]]>r≠b or g≠b(3)其中V代表亮度，S代表飽和度，H代表色調，r、g、b為歸一化的R、G、B值。
通過查閱果蠅生物學特徵和病變特徵資料，加上大量的實驗工作，得到對果蠅病變診斷的經驗量，如色差DNGR值，DNGR值也有利於對果蠅複眼目標的提取。DNGR的計算公式如下DNGR=[255+G-R2]]]>(R＞T)(4)DNGR＝R(0≤R≤T)其中T為待定參數，T∈(0，25)。
因果蠅複眼區接近紅色，其色度H值接近0或3600，為得到色度H灰度化圖像，同時使目標提取有利，取H＝0或3600作為H通道灰度0級，取|H-300|＞0的值作為H通道灰度255級，然後將目標紅色附近的±300色度範圍值分為0～255級灰度，將其顯示即得到了H通道的灰度化圖像。
這就是本發明根據實驗數據推導出的雙色互補法，即色差DNGR和色度H提取果蠅複眼目標的計算公式。再利用面積特徵對目標進行篩選，利用病變果蠅小眼的分布不均的特徵和R通道顏色值小的特徵對果蠅病變與否做出診斷並標記病變區域。
本發明採用色差(DNGR)和色度(H)雙色互補法提取果蠅複眼，其優點有採用關聯度小，數據特徵豐富的色差DNGR和色度H能減少信息冗餘，提高系統效率；色差DNGR和色度H兩個通道的數據均能比較準確的提取果蠅複眼和反映病變果蠅小眼的分布不均勻性；光照、圖像角度、果蠅複眼顏色(紅色和朱紅色)、病變情況的不同，單一通道提取目標的有效性將有很大差異，雙色互補法採用色差DNGR和色度H雙通道提取目標能優劣互補，對各種情況都能有效的提取出果蠅複眼目標。
圖1為本發明的色差灰度圖；圖2為色度灰度圖；圖3為本發明的H通道灰度級劃分。
下面對本發明作進一步的詳細說明。
實施方式色差DNGR和色度H灰度化圖像攝像頭抓拍的圖像為RGB24位真彩圖，由式(4)求出DNGR作為R、G、B三個通道的顏色值即可得DNGR灰度化圖像，如圖1所示。為得到色差H的灰度化圖像，首先需要將RGB彩色模型按公式(1)～(3)轉換成HSV(色度，飽和度，亮度)彩色模型。
因果蠅複眼區接近紅色，其色度H值接近0或3600，如圖3中的實軸，為得到色度H灰度化圖像，同時使目標提取有利，取H＝0或3600作為H通道灰度0級，取|H-300|＞0的值作為H通道灰度255級，然後將實軸(目標紅色)附近的±300色度範圍值分為0～255級灰度，將其顯示即得到了H通道的灰度化圖像，如圖2。
將已採集的果蠅複眼圖像按上述方法進行處理，再經過線徑分割和目標篩選進行病變診斷，觀察目標圖像、病變區域標記圖像效果並判斷診斷，發現結果與實際基本完全相符。同時，利用測試程序對診斷過程進行計時，計算平均診斷效率。通過測試系統提取目標圖像並準確標記果蠅複眼病變區域；有下面的表1和表2。
表1果蠅複眼病變診斷功能測試數據
表2系統診斷效率測試數據
通過表1及表2中的測試數據可知本系統能夠快速而有效的進行果蠅複眼病變診斷，診斷結果包括複眼病變區域佔總複眼的面積比例、病變情況、診斷處理的中間效果圖，如提取的目標圖像，標記的複眼等。
權利要求
1.一種果蠅復灰度化圖像的提取方法，其特徵在於用HSV彩色空間中的色度H，計算公式如下V＝max(r，g，b)S=1-min(r,g,b)max(r,g,b),max(r,g,b)0]]>H=cos-1[(r-g)+(r-b)2(r-g)2+(r-b)(g-b)],rborgb]]>其中V代表亮度，S代表飽和度，H代表色調，r、g、b為歸一化的R、G、B值；色差DNGR值的計算公式如下DNGR=[255+G-R2],(R>T)]]>DNGR＝R(0≤R≤T)其中T是設定的灰度值，取H＝0或3600作為H通道灰度0級，取|H-300|＞0的值作為H通道灰度255級，然後將目標紅色附近的±300色度範圍值分為0～255級灰度，將其顯示得到H通道的灰度化圖像。
2.根據權利要求1所述的果蠅複眼圖像的提取方法，其特徵在於在色差DNGR的計算模型中，T的參數範圍為T∈(0，25)。
全文摘要
一種果蠅複眼灰度化圖像的提取方法，本發明用HSV彩色空間中的色度H和色差DNGR值，對果蠅複眼目標進行提取，H的計算公式為(Ⅰ)，色差DNGR值的計算公式是(Ⅱ)，採用色差DNGR和色度H提取果蠅複眼，能減少信息冗餘，提高系統效率；色差DNGR和色度H兩個通道的數據均能比較準確的提取果蠅複眼和反映病變果蠅小眼的分布不均勻性；光照、圖像角度、果蠅複眼顏色(紅色和朱紅色)、病變情況的不同，單一通道提取目標的有效性將有很大差異，雙色互補法採用色差DNGR和色度H雙通道提取目標能優劣互補，對各種情況都能有效的提取出果蠅複眼目標圖像。
文檔編號G06K9/46GK101091649SQ20061013694
公開日2007年12月26日 申請日期2006年12月26日 優先權日2006年12月26日
發明者鄧宏貴, 夏昆, 範競敏, 張振東, 賴崢嶸 申請人:中南大學