CN102707425B - 图像处理方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像处理方法和装置，其中，该装置包括：显微镜装置，用于获取检测标本放大后的第一图像，其中，显微镜装置的物镜的倍率小于或等于20，物镜的数值孔径大于或等于0.6；图像分析装置，包括：图像缩放单元，用于将显微镜装置获取的第一图像缩小N倍得到第二图像，其中，第二图像的分辨率为第一图像的分辨率的1/N；第一图像处理单元，用于对第二图像中能够识别出的目标进行识别和分类计数，并对第二图像中不能够识别出的目标进行定位；第二图像处理单元，用于根据第一图像处理单元的定位在第一图像相应的位置进行识别，解决了在目标筛选过程需要进行高低倍镜转换而导致的定位不准的问题，实现快速而准确的分析检测标本。

Description

图像处理方法和装置
技术领域
本发明涉及医用器械领域，具体而言，涉及一种图像处理方法和装置。
背景技术
生物显微镜是医疗卫生单位、高等院校、研究所用于微生物、细胞、细菌、组织培养、悬浮体、沉淀物等的观察仪器，可连续观察细胞、细菌等在培养液中繁殖***的过程等。在细胞学、寄生虫学、肿瘤学、免疫学、遗传工程学、工业微生物学、植物学等领域中应用广泛。
一般动植物细胞的尺寸在10-100μm之间，较小的红细胞小于6μm，血小板和真菌尺寸更小，有的会小于3μm。为了能够清楚地观察到血液、尿液和其它体液中的有形成分，显微镜需要有足够的分辨率。当观察红、白细胞和血小板等小目标时我们需要显微镜的分辨率小于1μm。而观察10μm以上大目标时，分辨率需小于3μm。(注：显微镜的分辨率是指能被显微镜清晰区分的两个物点的最小间距的能力，当细胞大小为最小分辨率的3倍时，能够清晰分辨的像素点为7个，此时能观察到的细胞内部像素点仅为1个。如图1所示，若细胞小于最小分辨率的3倍，则看不清细胞内部的任何结构了。)
用于细胞分析的生物显微镜常用物镜分别有10倍、20倍和40倍3种，其对应的数值孔径NA一般情况下分别为0.25，0.45和0.65，由此可计算出显微镜的分辨率：
d＝λ/NA
其中λ为光源波长，NA为物镜的数值孔径。设光源的平均波长λ为0.6μm，则可得出不同物镜下的分辨率见下表一：
表一
Figure BDA00001798993000011
可见，为了能够清晰地观察到血小板、真菌等小目标(需要显微镜的分辨率需小于1um)，需要配置数值孔径在0.6以上物镜，通常采用低倍镜定位(如10倍镜)、高倍镜(如40倍镜)跟踪识别的方法来实现(具体参见专利201110315831.4)，但是采用这种方法进行观察的过程中，需要调节物镜以进行高低倍转换，动作繁琐，很容易产生机械误差，使高低倍定位发生偏差，导致定位不准，此外，由于样品流动可能造成低倍定位的目标转到高倍观察时位置发生了变化，甚至偏离了观察视野造成漏检。
针对相关技术中在目标筛选过程需要进行高低倍镜转换而导致的定位不准的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明提供了一种图像处理方法和装置，以解决相关技术中在目标筛选过程需要进行高低倍镜转换而导致的定位不准的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种图像处理装置，该装置包括：显微镜装置，用于获取检测标本放大后的第一图像，其中，显微镜装置的物镜的倍率小于或等于20，物镜的数值孔径大于或等于0.6；图像分析装置，包括：图像缩放单元，与显微镜装置连接，用于将显微镜装置获取的第一图像缩小N倍得到第二图像，其中，N为整数，第二图像的分辨率为第一图像的分辨率的1/N；第一图像处理单元，用于对第二图像中能够识别出的目标进行识别和分类计数，并对第二图像中不能够识别出的目标进行定位；第二图像处理单元，与第一图像处理单元连接，用于对第一图像中与第二图像中的定位位置相应的位置进行识别。
优选地，图像分析装置还包括：存储器，用于存储第一图像和第二图像。
优选地，显微镜装置包括：显微镜机架，具有竖直向下的通孔；适配接口，设置在显微镜机架的通孔中，适配接口上端具有止挡凸缘；CCD摄像机，固定设置在适配接口的上端面；物镜，物镜有一个，固定设置在适配接口的下端面，且向远离适配接口的方向延伸；载物台组件，位于物镜的下方，且载物台组件与物镜相对应地设置；聚光镜，聚光镜与载物台组件相对应地设置；CCD摄像机的焦点、物镜的中心以及聚光镜的中心位于同一竖直线上。
优选地，载物台组件包括固定部件和滑动部件，其中，固定部件与显微镜机架固定连接，滑动部件沿水平方向可滑动地设置在固定部件上；物镜沿垂直方向可上下移动地设置。
优选地，聚光镜沿竖直方向可移动地设置于载物台组件的下方。
优选地，该装置还包括：显微镜传动控制装置，用于控制上述载物台组件、上述物镜及上述聚光镜的移动。
优选地，CCD摄像机的分辨率大于或等于200万像素。
根据本发明的另一方面，提供了一种图像处理方法，该方法包括：通过显微镜装置的CCD摄像机获取检测标本放大后的第一图像，其中，显微镜装置的物镜的倍率小于或等于20，物镜的数值孔径大于或等于0.6；将获取到的第一图像缩小N倍得到第二图像，N为整数，其中，第二图像的分辨率为第一图像的分辨率的1/N；对第二图像中能够识别出的目标进行识别和分类计数，并对第二图像中不能够识别出的目标进行定位；对第一图像中与第二图像中的定位位置相应的位置进行识别。
优选地，通过显微镜装置的CCD摄像机获取第一图像。
优选地，上述方法还包括：对第一图像和第二图像进行保存。
通过本发明，首先采用物镜的倍率小于或等于20且数值孔径大于或等于0.6的显微镜装置采集高分辨率的大图，将采集到的大图缩小成较小分辨率的小图，并保存。在图像分析过程中，先分析小图，对能够识别的目标进行快速识别和分类计数，对不能识别的目标进行定位，再根据定位结果在大图中找到相应的位置进行局部识别，进而达到提高图像的识别速度。此外，由于小图是大图进行电子缩放得到的，因此，在只需使用单一的物镜即可完成上述的操作，无需调节物镜进行高低倍转换，解决了在目标筛选过程需要进行高低倍镜转换而导致的定位不准的问题，实现快速而准确的分析检测标本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术中的细胞内部像素点的一种优选的示意图；
图2是根据本发明实施例的图像处理装置的一种优选的结构图；
图3是根据本发明实施例的图像处理装置的显微镜装置的主视图；
图4是根据图3的显微镜装置的右视图；以及
图5是根据本发明实施例的图像处理方法的一种优选的流程图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本发明提供了一种图像处理装置，图2示出该装置的一种优选的结构图，该图像处理装置包括：显微镜装置10，用于获取检测标本放大后的第一图像，其中，显微镜装置10的物镜的倍率小于或等于20，物镜的数值孔径大于或等于0.6；图像分析装置20，图像分析装置20包括：图像缩放单元202，与显微镜装置10连接，用于将显微镜装置获取的第一图像缩小N倍得到第二图像，其中，N为整数，第二图像的分辨率为第一图像的分辨率的1/N；第一图像处理单元204，用于对第二图像中能够识别出的目标进行识别和分类计数，并对第二图像中不能够识别出的目标进行定位；第二图像处理单元206，与第一图像处理单元连接，用于对第一图像中与第二图像中的定位位置相应的位置进行识别。优选的，图像分析装置20还包括：存储器，用于存储第一图像和第二图像。
在上述优选的实施方式中，首先采用物镜的倍率小于或等于20且数值孔径大于或等于0.6的显微镜装置采集高分辨率的大图，将采集到的大图缩小成较小分辨率的小图，并保存。在图像分析过程中，先分析小图，对能够识别的目标进行快速识别和分类计数，对不能识别的目标进行定位，再根据定位结果在大图中找到相应的位置进行局部识别，进而达到提高图像的识别速度。此外，由于小图是大图进行电子缩放得到的，因此，在只需使用单一的物镜即可完成上述的操作，无需调节物镜进行高低倍转换，解决了在目标筛选过程需要进行高低倍镜转换而导致的定位不准的问题，实现快速而准确的分析检测标本。
下面结合示例进行具体说明：
在进行标本检测过程中，先通过显微镜装置采集标本，优选的，采用倍率较低、大数值孔径(为了能看清血小板、真菌等小目标，需要数值孔径为0.6或以上)的物镜配合高分辨率的CCD摄像机来采集标本图像，这种结构的显微镜装置采集的图像既保持了低倍物镜的大视野范围，又保留了较高的清晰度。优选的，本发明选用的物镜为20倍率的物镜。通过高分辨率的CCD摄像机采集大图并保存，例如，1600*1200分辨率的CCD摄像机来采集20倍物镜的图像，采用上述结构采集的大图其清晰度可达到现有的在800*600分辨率下采集40倍物镜的图像的清晰度；然后将采集到的大图缩小为低分辨率的小图，优选的，将大图缩小4倍，分辨率为800*600的小图，完成图像缩放后，保存大图和小图。
在保存完大图和小图后，进行图像分析，先对保存的小图进行分析：首先快速筛选小图中的目标，对小图中能够识别出的相对较大的目标进行自动识别和分类计数，同时判断图中是否存在不能识别的小目标。当图中不存在小目标时，当前视野即处理完毕而不必转入大图中进行识别。当存在不能够识别的小目标时即对其进行定位，然后根据小图中的定位位置，在大图中的相应位置进行局部识别，进而提高图像的识别速度。
本发明还对上述的显微镜装置10提供了一种优选的实施方式，具体来说，图3为该显微镜装置10的主视图，图4为该显微镜装置10的右视图，显微镜装置10包括：显微镜机架102，具有竖直向下的通孔；适配接口104，设置在显微镜机架102的通孔中，适配接口104上端具有止挡凸缘；CCD摄像机106，固定设置在适配接口104的上端面，优选的，CCD摄像机106的分辨率大于或等于200万像素；物镜108，物镜108有一个，固定设置在适配接口104的下端面，且向远离适配接口104的方向延伸；载物台组件110，位于物镜108的下方，且载物台组件110与物镜108相对应地设置；聚光镜112，聚光镜112与载物台组件110相对应地设置；CCD摄像机106的焦点、物镜108的中心以及聚光镜112的中心位于同一竖直线上。
本发明还提供了一种载物台组件110、物镜108及聚光镜112的优选的方案，具体地，载物台组件110包括固定部件和滑动部件，其中，固定部件与显微镜机架102固定连接，滑动部件沿水平方向可滑动地设置在固定部件上，优选的，上述滑动部件沿水平方向可分别进行前后和左右滑动；物镜108沿垂直方向可上下移动地设置聚光镜112沿竖直方向可移动地设置于载物台组件的下方，在图3中的箭头方向为载物台组件110的滑动方向；图4中上方的竖直箭头方向为物镜108的滑动方向，下方竖直箭头方向为聚光镜112的移动方向，水平箭头方向为载物台组件110的滑动方向。
本发明还对上述显微镜装置10进行了优选，作为一种优选的方案，该装置还包括显微镜传动控制装置，用于控制上述载物台组件110、上述物镜108及上述聚光镜112的移动。具体来说，显微镜传动控制装置分别与载物台组件110的水平运动结构、物镜108的上下运动结构以及聚光镜112的上下运动结构相连，以达到控制上述载物台组件110、上述物镜108及上述聚光镜112的移动的效果。优选的，本发明中显微镜传动控制装置控制载物台前后、左右移动精度＜3微米，控制物镜的上下移动的精度＜0.5微米。
上述显微镜装置的优选的实施方式，对稳定显微镜的焦距将更加有利，具体来说，现有的显微镜装置的多物镜结构，当转换物镜时，由于镜头是移动的，其必定存在一定的间隙，这势必对焦距的稳定性产生影响；其次，以前的结构中载物台组件需要进行三维运动，由于载物台组件较重，它在升降方向又不是固定的，当其前后或左右移动时可能影响到载物台升降机构造成焦距的变化，而上述结构的载物台组件的升降是固定的，其水平方向的移动并不会影响其焦距的变化，当水平方向改变视野位置时，其焦距将更加稳定。
实施例2
在上述图像处理装置的基础上，本发明还提供了一种图像处理方法，图5示出图像处理方法的一种优选的流程图，该方法包括如下步骤：
S502，通过显微镜装置获取检测标本放大后的第一图像，其中，显微镜装置的物镜的倍率小于或等于20，物镜的数值孔径大于或等于0.6；优选的，通过显微镜装置的CCD摄像机获取第一图像，CCD摄像机的分辨率大于或等于200万像素。
S504，将获取到的第一图像缩小N倍得到第二图像，N为整数，其中，第二图像的分辨率为第一图像的分辨率的1/N；优选的，对第一图像和第二图像进行保存。
S506，对第二图像中能够识别出的目标进行识别和分类计数，并对第二图像中不能够识别出的目标进行定位；
S508，对第一图像中与第二图像中的定位位置相应的位置进行识别。
在上述优选的实施方式中，首先采用物镜的倍率小于或等于20且数值孔径大于或等于0.6的显微镜装置采集高分辨率的大图，将采集到的大图缩小成较小分辨率的小图，并保存。在图像分析过程中，先分析小图，快速筛选小图中的目标，对能够识别的大目标进行快速自动识别和分类计数，同时判断图中是否存在不能识别的小目标。当图中不存在小目标时，当前视野即处理完毕而不必转入大图中进行识别。当存在不能识别的小目标时对即其进行定位，再根据定位结果在大图中找到相应的位置进行局部识别，进而达到提高图像的识别速度。此外，由于小图是大图进行电子缩放得到的，因此，在只需使用单一的物镜即可完成上述的操作，无需调节物镜进行高低倍转换，解决了在目标筛选过程需要进行高低倍镜转换而导致的定位不准的问题，实现快速而准确的分析检测标本。
下面结合示例进行具体说明：
在进行标本检测过程中，先通过显微镜装置采集标本，优选的，采用倍率较低、大数值孔径(为了能看清血小板、真菌等小目标，需要数值孔径为0.6或以上)的物镜配合高分辨率的CCD摄像机来采集标本图像，优选的，CCD摄像机的分辨率大于或等于200万像素。这种结构的显微镜装置采集的图像既保持了低倍物镜的大视野范围，又保留了较高的清晰度。优选的，本发明选用的物镜为20倍率的物镜。通过高分辨率的CCD摄像机采集大图并保存，例如，1600*1200分辨率的CCD摄像机来采集20倍物镜的图像，采用上述结构采集的大图其清晰度可达到现有的在800*600分辨率下采集40倍物镜的图像的清晰度；然后将采集到的大图缩小为低分辨率的小图，优选的，将大图缩小4倍，分辨率为800*600的小图，完成图像缩放后，保存大图和小图。
在保存完大图和小图后，进行图像分析，先对保存的小图进行分析：首先快速筛选小图中的目标，对小图中能够识别出的相对较大的目标进行快速自动识别和分类计数，同时判断小图中是否存在不能识别的小目标。当图中不存在小目标时，当前视野即处理完毕而不必转入大图中进行识别。当存在小图中不能够识别的较小的目标时即对其进行定位；然后根据小图中的定位位置，在大图中的相应位置进行局部识别，进而达到提高图像的识别速度。
从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：
采用上述方法，用缩小的图像进行过筛和小目标的定位可保证图像识别的快速，定位后的小目标直接转入原图中相应位置可得到相应目标的清晰大图便于实现准确识别，同时由于小图是由原大图按比例缩小得来，避免了传统分析方法中通过高低倍镜分别定位采图所带来的定位不准和细胞移位问题，可彻底杜绝老方法中低倍有目标而高倍采空图的现象，从源头上杜绝了漏检的产生。
在结构上减少了物镜的转换机构，物镜是固定的，聚焦将更加稳定；由于只有一个镜头，聚光镜与光圈的位置也不需要调整，整个显微镜的调节机构由原来的5轴可减少为3轴，当把载物台调平后载物台的升降调节也可取消，原来的5轴自动调节可进一步减少为2轴调节，调节机构的减少不仅使控制成本降低，同时使显微镜的稳定性大大提高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图像处理装置，其特征在于，包括：
显微镜装置，用于获取检测标本放大后的第一图像，其中，所述显微镜装置的物镜的倍率小于或等于20，所述物镜的数值孔径大于或等于0.6；
图像分析装置，包括：
图像缩放单元，与所述显微镜装置连接，用于将所述显微镜装置获取的所述第一图像缩小N倍得到第二图像，其中，N为整数，所述第二图像的分辨率为所述第一图像的分辨率的1/N；
第一图像处理单元，用于对所述第二图像中能够识别出的目标进行识别和分类计数，并对所述第二图像中不能够识别出的目标进行定位；
第二图像处理单元，与所述第一图像处理单元连接，用于对所述第一图像中与所述第二图像中的定位位置相应的位置进行识别。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述图像分析装置还包括：存储器，用于存储所述第一图像和所述第二图像。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述显微镜装置包括：
显微镜机架，具有竖直向下的通孔；
适配接口，设置在所述显微镜机架的所述通孔中，所述适配接口上端具有止挡凸缘；
CCD摄像机，固定设置在所述适配接口的上端面；
物镜，所述物镜有一个，固定设置在所述适配接口的下端面，且向远离所述适配接口的方向延伸；
载物台组件，位于所述物镜的下方，且所述载物台组件与所述物镜相对应地设置；
聚光镜，所述聚光镜与所述载物台组件相对应地设置；
所述CCD摄像机的焦点、所述物镜的中心以及所述聚光镜的中心位于同一竖直线上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，
所述载物台组件包括固定部件和滑动部件，其中，所述固定部件与所述显微镜机架固定连接，所述滑动部件沿水平方向可滑动地设置在所述固定部件上；
所述物镜沿垂直方向可上下移动地设置。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述聚光镜沿竖直方向可移动地设置于所述载物台组件的下方。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：
显微镜传动控制装置，用于控制所述载物台组件、所述物镜及所述聚光镜的移动。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述CCD摄像机的分辨率大于或等于200万像素。
8.一种图像处理方法，其特征在于，包括：
通过显微镜装置获取检测标本放大后的第一图像，其中，所述显微镜装置的物镜的倍率小于或等于20，所述物镜的数值孔径大于或等于0.6；
将获取到的所述第一图像缩小N倍得到第二图像，N为整数，其中，所述第二图像的分辨率为所述第一图像的分辨率的1/N；
对所述第二图像中能够识别出的目标进行识别和分类计数，并对所述第二图像中不能够识别出的目标进行定位；
对所述第一图像中与所述第二图像中的定位位置相应的位置进行识别。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过所述显微镜装置的CCD摄像机获取所述第一图像。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述第一图像和所述第二图像进行保存。
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