CN110702615A - 一种彩色数码透射显微镜颜色校正方法 - Google Patents

一种彩色数码透射显微镜颜色校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种彩色数码透射显微镜颜色校正方法，利用微型透射色卡校正彩色数码透射显微镜所采集的显微图像的颜色，由于数码显微镜的照明光源通常是固定的，固定条件下的数码相机色度特征化特别适用于数码显微镜的颜色校正，因此本发明利用微型透射色卡中的色块作为训练样本建立彩色数码透射显微镜的正向色度特征化模型，利用该模型可以实现拍摄目标的颜色精确校正，提升彩色数码透射显微镜的颜色精度，符合人眼的颜色感知，实现所见即所得的效果，显著提高显微检测中目标对象的辨识度，实现目标对象的准确识别与定位。

Description

一种彩色数码透射显微镜颜色校正方法
技术领域
本发明涉及一种显微镜颜色校正方法，尤其是涉及一种彩色数码透射显微镜颜色校正方法。
背景技术
在彩色数字成像***中，人们对图像的颜色质量提出了越来越高的要求。数字显微成像***的颜色形成有其特殊性，一方面要符合人眼的感观特性，另一方面还要尽可能真实地反映物体的原色。现有的彩色数码透射显微镜很大一部分应用于医学检测，许多病理特征依靠细胞的颜色变化来区分，对色彩真实性要求比较高。显微图像处理软件是数码显微成像***不可分割的一部分，它将图像传感器采集到的数据转换成和人眼视觉一致的彩色图像，并且提供强大的图像后期处理与分析功能。但处理软件对数字显微成像***的图像颜色质量要求也非常高，如果图像颜色质量不好，不仅影响视觉效果，还会对图像后期的处理、分析造成很大的负面影响，因此需要对彩色数码透射显微镜的图像进行颜色校正。目前颜色校正的解决方法大多采用白平衡算法，然而白平衡算法只是一种粗略的颜色校正方法，无法实现数字显微成像***颜色的精确校正。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高图像颜色质量的彩色数码透射显微镜颜色校正方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种彩色数码透射显微镜颜色校正方法，包括以下步骤：
(1)在彩色数码透射显微镜使用彩色相机获得微型透射色卡中所有色块的RGB值，并定义为一个以微型透射色卡上的色块数为行数，彩色相机通道数量为列数的RGB矩阵，其中，每一行表示一个色块对应的RGB 3通道响应值，每一列表示一个通道输出的所有色块的响应值；
(2)关闭显微镜照明光源后继续拍摄，获得彩色相机的暗电流响应值，并定义为一个以微型透射色卡上的色块数为行数，彩色相机通道数量为列数的暗电流响应矩阵，其中，每一行表示一个色块对应的RGB的3通道的暗电流响应值，然后利用分光光度计测量微型透射色卡中所有色块的XYZ三刺激值，并定义为一个以微型透射色卡上的色块数为行数，彩色相机通道数量为列数的三刺激矩阵，其中，每一行表示一个色块对应的XYZ三刺激值；
(3)将透过率为70％的玻璃片置于载物台上，使用彩色相机拍摄玻璃片的RGB图像，对RGB响应值进行光照空间不均匀性校正得，得到光照空间不均匀性校正后微型透射色卡的色块响应矩阵；
(4)利用微型透射色卡中的中性色块的三刺激值中的Y值及其对应的RGB值对RGB响应值进行非线性校正；
(5)建立彩色数码透射显微镜的正向色度特征化模型，即RGB值到XYZ三刺激值之间的转换关系；
(6)拍摄并采集目标对象的RGB图像，逐像素扣除暗电流并校正RGB响应值的光照空间不均匀性和非线性，得到目标对象校正后的响应值矩阵；
(7)利用目标对象的三刺激值计算其sRGB响应值，得到sRGB图像即为颜色校正后的显微图像。利用目标对象的三刺激值St计算其sRGB响应值，sRGB图像即为颜色校正后的显微图像。
具体的颜色校正方法为：
(1)打开彩色数码透射显微镜照明光源，预热一段时间，将微型透射色卡置于载物台目镜下方，拍摄微型透射色卡，获得该色卡图像中所有色块的RGB值，记为
Figure BDA0002213834900000021
P为n行3列的矩阵，其中n为微型透射色卡上的色块数，3为彩色相机通道的数量，每一行表示一个色块对应的RGB 3通道响应值，每一列表示一个通道输出的n个色块的响应值。
(2)关闭显微镜照明光源并使用彩色相机拍摄，获得彩色相机的暗电流响应值，并记为
Figure BDA0002213834900000022
表示D为n行3列的矩阵，其中n为微型透射色卡上的色块数，每一行表示一个色块对应的RGB 3通道的暗电流响应值，扣除暗电流后的色块响应值为PD＝P-D，然后利用分光光度计测量微型透射色卡中所有色块的XYZ三刺激值，记为
Figure BDA0002213834900000031
表示S为n行3列的矩阵，n为微型透射色卡上的色块数，每一行表示一个色块对应的XYZ三刺激值；
(3)将透过率为70％的玻璃片置于载物台上，使用彩色相机拍摄玻璃片的RGB图像，利用玻璃片的RGB值逐通道校正微型透射色卡中色块响应值的光照不均匀性，
Figure BDA0002213834900000032
其中，为色卡中第i个色块第k个通道校正后的响应值，k∈{R,G,B}，
Figure BDA0002213834900000034
为玻璃片图像第k个通道的平均响应值，为玻璃片图像第k个通道对应微型透射色卡图像中第i个色块处的响应值，
Figure BDA0002213834900000036
为色卡中第i个色块第k个通道的响应值，得到光照空间不均匀性校正后色卡的色块响应矩阵，记为表示PL为n行3列的矩阵，n为微型透射色卡上的色块数，每一行表示一个色块校正后的RGB值，每一列表示所有色块某一颜色通道下的值；
(4)利用微型透射色卡中的中性色块的三刺激值中的Y值及其对应的RGB值，分别建立RGB三通道的非线性校正关系，
yi＝c1pik 3+c2pik 2+c3pik+c4
式中，yi表示微型透射色卡上第i个中性色块的归一化Y刺激值，pik表示第i个中性色块在第k个通道下的归一化响应值，k∈{R,G,B}，c1，c2，c3，c4分别为三次多项式的拟合系数，四个拟合系数的取值分别在0-3之间，并且不能同时为0，利用上式校正微型透射色卡中所有色块的RGB响应值PL，并将校正后的色块响应值记为
Figure BDA0002213834900000038
表示Pc为n行3列的矩阵；
(5)建立彩色数码显微镜的正向色度特征化模型，即建立RGB值到XYZ三刺激值之间的转换关系，利用校正后的色块响应值Pc及其三刺激值S建立两者之间的转换数学模型，由最小二乘法计算两者之间的转换矩阵Z，
Z＝STPc(Pc TPc)-1
其中，上标T表示矩阵的转置，上标-1表示矩阵的逆矩阵；
(6)使用彩色相机拍摄并采集目标对象的RGB图像，逐像素扣除暗电流并按公式
Figure BDA0002213834900000041
和公式yi＝c1pik 3+c2pik 2+c3pik+c4分别校正目标对象RGB响应值的光照空间不均匀性和非线性，得到目标对象校正后的响应值矩阵，记为
Figure BDA0002213834900000044
表示Pt为m行3列的矩阵，m为图像中的像素数，利用转换矩阵Z计算目标对象的XYZ三刺激值St，
St＝ZPt；
(7)利用目标对象的三刺激值St计算其sRGB响应值，sRGB＝MSt，得到sRGB图像即为颜色校正后的显微图像，其中
Figure BDA0002213834900000042
与现有技术相比，本发明的优点在于利用微型透射色卡校正彩色数码透射显微镜所采集的显微图像的颜色，由于数码显微镜的照明光源通常是固定的，固定条件下的数码相机色度特征化特别适用于数码显微镜的颜色校正，因此本发明利用微型透射色卡中的色块作为训练样本建立彩色数码透射显微镜的正向色度特征化模型，利用该模型可以实现拍摄目标的颜色精确校正，提升彩色数码透射显微镜的颜色精度，符合人眼的颜色感知，实现所见即所得的效果，显著提高显微检测中目标对象的辨识度，实现目标对象的准确识别与定位。
附图说明
图1是利用本发明的方法校正彩色数码透射显微镜颜色的流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
以一台生物显微镜为例，阐述基于微型透射色卡校正彩色数码透射显微镜颜色的方法，微型透射色卡采用包含45个色块的透射色卡，色卡尺寸为3mm×4mm。
本实施例基于微型透射色卡校正彩色数码透射显微镜颜色的方法，具体包括以下步骤：
(1)打开彩色数码透射显微镜照明光源，预热一段时间，将微型透射色卡置于载物台目镜下方，拍摄微型透射色卡，获得该色卡图像中所有色块的RGB值，记为
Figure BDA0002213834900000043
P为45行3列的矩阵，其中45为微型透射色卡上的色块数，3为彩色相机通道的数量，每一行表示一个色块对应的RGB三通道响应值，每一列表示一个通道输出的45个色块的响应值。
(2)关闭显微镜照明光源并拍摄，获得色卡的暗电流响应值
Figure BDA0002213834900000051
45为微型透射色卡上的色块数，每一行表示一个色块对应的RGB 3通道的暗电流响应值，扣除暗电流后的色块响应值为PD＝P-D。利用爱色丽公司生产的分光光度计CE7000A测量微型透射色卡中所有色块的XYZ三刺激值45为微型透射色卡上的色块数，每一行表示一个色块对应的XYZ三刺激值。
(3)对RGB响应值进行光照空间不均匀性校正。将透过率为70％的玻璃片置于载物台上，拍摄玻璃片的RGB图像，利用玻璃片的RGB值逐通道校正色卡中色块响应值的光照不均匀性，校正公式如下，
Figure BDA0002213834900000053
其中，
Figure BDA0002213834900000054
为玻璃片图像第k(k∈{R,G,B})个通道的平均响应值，
Figure BDA0002213834900000055
为玻璃片图像第k个通道对应色卡图像中第i个色块处的响应值，
Figure BDA0002213834900000056
为色卡中第i个色块第k个通道的响应值，
Figure BDA0002213834900000057
为色卡中第i个色块第k个通道校正后的响应值。光照空间不均匀性校正后色卡的色块响应值矩阵为PL。
(4)对RGB响应值进行非线性校正。利用微型透射色卡中的中性色块的三刺激值中的Y值及其对应的RGB值，分别建立RGB三通道的非线性校正关系，如下式所示，
yi＝c1pik 3+c2pik 2+c3pik+c4 (2)
上式中，yi表示第i个中性色块的归一化Y刺激值，pik表示第i个中性色块在第k(k∈{R,G,B})个通道下的归一化响应值，c1，c2，c3，c4分别为三次多项式的拟合系数，四个拟合系数的取值分别在0-3之间，并且不能同时为0，本实施例中四个拟合系数分别取值c1＝1.637,c2＝-1.997,c3＝1.502,c4＝-0.136。利用上式校正微型透射色卡中所有色块的RGB响应值PL，校正后的色块响应值记为
Figure BDA0002213834900000058
(5)建立彩色数码显微镜的正向色度特征化模型，即建立RGB值到XYZ三刺激值之间的转换关系。利用校正后的色块响应值Pc及其三刺激值S建立两者之间的转换数学模型，由最小二乘法计算两者之间的转换矩阵Z，即
Z＝STPc(Pc TPc)-1 (3)
其中，上标T表示矩阵的转置，上标-1表示矩阵的逆矩阵。
(6)拍摄并采集生物组织切片的RGB图像，逐像素扣除暗电流并按式(1)和式(2)分别校正生物组织切片RGB响应值的光照空间不均匀性和非线性，得到生物组织切片校正后的响应值矩阵
Figure BDA0002213834900000062
m为图像中的像素数。利用式(3)中的转换矩阵Z计算生物组织切片的XYZ三刺激值St，即
St＝ZPt (4)
(7)利用生物组织切片的三刺激值St计算其sRGB响应值，如式(5)所示。sRGB图像即为颜色校正后的显微图像。
sRGB＝MSt (5)
其中矩阵
Figure BDA0002213834900000061

Claims (2)

1.一种彩色数码透射显微镜颜色校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在彩色数码透射显微镜使用彩色相机获得微型透射色卡中所有色块的RGB值，并定义为一个以微型透射色卡上的色块数为行数，彩色相机通道数量为列数的RGB矩阵，其中，每一行表示一个色块对应的RGB 3通道响应值，每一列表示一个通道输出的所有色块的响应值；
(2)关闭显微镜照明光源后继续拍摄，获得彩色相机的暗电流响应值，并定义为一个以微型透射色卡上的色块数为行数，彩色相机通道数量为列数的暗电流响应矩阵，其中，每一行表示一个色块对应的RGB的3通道的暗电流响应值，然后利用分光光度计测量微型透射色卡中所有色块的XYZ三刺激值，并定义为一个以微型透射色卡上的色块数为行数，彩色相机通道数量为列数的三刺激矩阵，其中，每一行表示一个色块对应的XYZ三刺激值；
(3)将透过率为70％的玻璃片置于载物台上，使用彩色相机拍摄玻璃片的RGB图像，对RGB响应值进行光照空间不均匀性校正得，得到光照空间不均匀性校正后微型透射色卡的色块响应矩阵；
(4)利用微型透射色卡中的中性色块的三刺激值中的Y值及其对应的RGB值对RGB响应值进行非线性校正；
(5)建立彩色数码透射显微镜的正向色度特征化模型，即RGB值到XYZ三刺激值之间的转换关系；
(6)拍摄并采集目标对象的RGB图像，逐像素扣除暗电流并校正RGB响应值的光照空间不均匀性和非线性，得到目标对象校正后的响应值矩阵；
(7)利用目标对象的三刺激值计算其sRGB响应值，得到sRGB图像即为颜色校正后的显微图像。利用目标对象的三刺激值St计算其sRGB响应值，sRGB图像即为颜色校正后的显微图像。
2.如权利要求1所述的一种彩色数码透射显微镜颜色校正方法，其特征在于，具体的校正方法为：
(1)打开彩色数码透射显微镜照明光源，预热一段时间，将微型透射色卡置于载物台目镜下方，拍摄微型透射色卡，获得该色卡图像中所有色块的RGB值，记为
Figure FDA0002213834890000011
P为n行3列的矩阵，其中n为微型透射色卡上的色块数，3为彩色相机通道的数量，每一行表示一个色块对应的RGB 3通道响应值，每一列表示一个通道输出的n个色块的响应值。
(2)关闭显微镜照明光源并使用彩色相机拍摄，获得彩色相机的暗电流响应值，并记为
Figure FDA0002213834890000021
表示D为n行3列的矩阵，其中n为微型透射色卡上的色块数，每一行表示一个色块对应的RGB 3通道的暗电流响应值，扣除暗电流后的色块响应值为PD＝P-D，然后利用分光光度计测量微型透射色卡中所有色块的XYZ三刺激值，记为
Figure FDA0002213834890000022
表示S为n行3列的矩阵，n为微型透射色卡上的色块数，每一行表示一个色块对应的XYZ三刺激值；
(3)将透过率为70％的玻璃片置于载物台上，使用彩色相机拍摄玻璃片的RGB图像，利用玻璃片的RGB值逐通道校正微型透射色卡中色块响应值的光照不均匀性，
其中，
Figure FDA0002213834890000024
为色卡中第i个色块第k个通道校正后的响应值，k∈{R,G,B}，
Figure FDA0002213834890000025
为玻璃片图像第k个通道的平均响应值，
Figure FDA0002213834890000026
为玻璃片图像第k个通道对应微型透射色卡图像中第i个色块处的响应值，
Figure FDA0002213834890000027
为色卡中第i个色块第k个通道的响应值，得到光照空间不均匀性校正后色卡的色块响应矩阵，记为
Figure FDA0002213834890000028
表示PL为n行3列的矩阵，n为微型透射色卡上的色块数，每一行表示一个色块校正后的RGB值，每一列表示所有色块某一颜色通道下的值；
(4)利用微型透射色卡中的中性色块的三刺激值中的Y值及其对应的RGB值，分别建立RGB三通道的非线性校正关系，
yi＝c1pik 3+c2pik 2+c3pik+c4
式中，yi表示微型透射色卡上第i个中性色块的归一化Y刺激值，pik表示第i个中性色块在第k个通道下的归一化响应值，k∈{R,G,B}，c1，c2，c3，c4分别为三次多项式的拟合系数，四个拟合系数的取值分别在0-3之间，并且不能同时为0，利用上式校正微型透射色卡中所有色块的RGB响应值PL，并将校正后的色块响应值记为表示Pc为n行3列的矩阵；
(5)建立彩色数码显微镜的正向色度特征化模型，即建立RGB值到XYZ三刺激值之间的转换关系，利用校正后的色块响应值Pc及其三刺激值S建立两者之间的转换数学模型，由最小二乘法计算两者之间的转换矩阵Z，
Z＝STPc(Pc TPc)-1
其中，上标T表示矩阵的转置，上标-1表示矩阵的逆矩阵；
(6)使用彩色相机拍摄并采集目标对象的RGB图像，逐像素扣除暗电流并按公式
Figure FDA0002213834890000031
和公式yi＝c1pik 3+c2pik 2+c3pik+c4分别校正目标对象RGB响应值的光照空间不均匀性和非线性，得到目标对象校正后的响应值矩阵，记为
Figure FDA0002213834890000032
表示Pt为m行3列的矩阵，m为图像中的像素数，利用转换矩阵Z计算目标对象的XYZ三刺激值St，
St＝ZPt；
(7)利用目标对象的三刺激值St计算其sRGB响应值，sRGB＝MSt，得到sRGB图像即为颜色校正后的显微图像，其中
Figure FDA0002213834890000033
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