CN117952974B - 用于类器官识别的图像处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及用于类器官识别的图像处理方法，包括：采集不同时刻的类器官培养图像，根据每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值对应的像素点数量获取每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性以及增长显著性，根据稳定性以及增长显著性获取每种灰度值的重要性，根据类器官培养图像中每种灰度值的重要性，为每种灰度值设置增强阈值，根据增强阈值对类器官培养图像的灰度直方图进行修正，得到修正灰度直方图，根据修正灰度直方图对类器官培养图像进行增强，得到增强后的类器官培养图像，用于类器官识别。本发明对类器官培养图像增强效果好，使得类器官识别准确。

Description

用于类器官识别的图像处理方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及用于类器官识别的图像处理方法。
背景技术
类器官是在体外培养成的器官或组织的三维结构。类器官的识别依赖于拍摄的类器官图像的清晰度，一些器官可能在类器官图像中的对比度较低，使其难以区分识别，因此需要对类器官图像进行增强。
目前通常通过直方图均衡化算法对类器官图像进行增强，在直方图均衡化的过程中，对于像素点数量较多的灰度值，其增强效果较好，对于像素点数量较少的灰度值，其可能被吞噬。由于类器官培养过程中的细节变化的灰度值往往对应较少的像素点，在直方图均衡化过程中可能被吞噬，导致类器官培养过程中的细节变化丢失，从而影响类器官识别的准确性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供用于类器官识别的图像处理方法，该方法包括以下步骤：
采集不同时刻的类器官培养图像；
根据每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值对应的像素点数量的占比获取每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性；根据不同时刻类器官培养图像中同一灰度值对应的像素点数量的变化获取每一时刻类器官培养图像中每种灰度值的增长显著性；根据每个时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性以及增长显著性获取每种灰度值的重要性；
对于每一时刻的类器官培养图像，根据类器官培养图像中每种灰度值的重要性，为每种灰度值设置增强阈值；绘制类器官培养图像的灰度直方图，根据每种灰度值的增强阈值，对灰度直方图进行修正，得到修正灰度直方图，根据修正灰度直方图对类器官培养图像进行增强，得到增强后的类器官培养图像，用于类器官识别。
优选的，所述根据每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值对应的像素点数量的占比获取每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性，包括的具体步骤如下：
其中，表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的稳定性，/>取遍[0,255]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中对应的像素点数量最多的灰度值所对应的像素点数量；表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量，/>取遍[1,/>]中的每个整数；/>表示每一时刻的类器官培养图像中包含的像素点数量；/>表示以自然常数为底的指数函数。
优选的，所述根据不同时刻类器官培养图像中同一灰度值对应的像素点数量的变化获取每一时刻类器官培养图像中每种灰度值的增长显著性，包括的具体步骤如下：
其中，表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的增长显著性，/>取遍[0,255]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量；/>表示第/>个时刻之前的每个时刻的序号，/>取遍[1,/>]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量；/>表示双曲正切函数；/>表示第个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>时刻的增长显著性。
优选的，所述根据每个时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性以及增长显著性获取每种灰度值的重要性，包括的具体步骤如下：
其中，表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的重要性，/>取遍[0,255]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的增长显著性；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的稳定性；/>为最大值函数；/>为超参数。
优选的，所述根据类器官培养图像中每种灰度值的重要性，为每种灰度值设置增强阈值，包括的具体步骤如下：
其中，表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的增强阈值，/>取遍[0,255]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的重要性；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中所有种灰度值对应的像素点数量的均值；/>表示以自然常数为底的指数函数。
优选的，所述根据每种灰度值的增强阈值，对灰度直方图进行修正，得到修正灰度直方图，包括的具体步骤如下：
对于灰度直方图中每种灰度值，当灰度直方图中灰度值对应的像素点数量小于灰度值的增强阈值时，将灰度值对应的像素点数量修正为增强阈值，得到修正灰度直方图。
优选的，所述根据修正灰度直方图对类器官培养图像进行增强，得到增强后的类器官培养图像，包括的具体步骤如下：
对修正灰度直方图进行直方图均衡化，得到增强后的类器官培养图像。
本发明的技术方案的有益效果是：本发明根据每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值对应的像素点数量的占比获取每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性，根据稳定性获取灰度值的重要性，从而设置增强阈值进行增强，使得类器官培养过程中重要的特征被增强的程度越大，确保了使得类器官培养过程中重要的特征的清晰度；
本发明根据不同时刻类器官培养图像中同一灰度值对应的像素点数量的变化获取每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值的增长显著性，根据增长显著性获取每种灰度值的重要性，从而设置增强阈值进行增强，使得类器官培养过程中的细节变化得到重点增强，避免了细节变化对应的灰度值的像素点数量过少导致增强过程中细节变化对应的灰度值被吞噬，确保了类器官培养过程中的细节变化能够清晰的体现在增强后的类器官培养图像中，从而提高了类器官识别的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的用于类器官识别的图像处理方法的步骤流程图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于类器官识别的图像处理方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
下面结合附图具体的说明本发明所提供的用于类器官识别的图像处理方法的具体方案。
请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的用于类器官识别的图像处理方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：
S001．采集不同时刻的类器官培养图像。
设置拍摄频率，具体不做限制，实施人员可根据具体实施情况设置，例如/>次/分钟。通过扫描电子显微镜按照拍摄频率拍摄类器官培养过程中不同时刻的图像，得到每一时刻的类器官培养图像。需要说明的是，扫描电子显微镜获得的类器官培养图像为灰度图。
至此，实现了不同时刻类器官培养图像的采集。
S002．根据每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值对应的像素点数量获取每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性以及增长显著性，根据稳定性以及增长显著性获取每种灰度值的重要性。
需要说明的是，在类器官培养过程中，细胞不断***使得类器官培养图像中灰度分布发生变化，若不同时刻的类器官培养图像中某些灰度值的占比不变，说明此些灰度值对应的特征在类器官培养过程中较为稳定，此些灰度值对应的特征在类器官培养过程中较为重要，因此本实施例引入稳定性指标，对类器官培养过程中灰度值对应特征的稳定性进行衡量。
具体的，根据每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值对应的像素点数量的占比获取每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性：
其中，表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的稳定性，/>取遍[0,255]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中对应的像素点数量最多的灰度值所对应的像素点数量；表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量，/>取遍[1,/>]中的每个整数；/>表示每一时刻的类器官培养图像中包含的像素点数量；/>表示以自然常数为底的指数函数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量的占比，当第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量越多时，灰度值/>在第/>个时刻的类器官培养图像中越显著，若同时灰度值/>在不同时刻的类器官培养图像中的占比越一致，说明灰度值/>在连续多个类器官培养图像中均非常显著，说明灰度值/>对应的图像特征在第个时刻以及之前的一段时间内均为类器官培养图像中最显著的特征，即灰度值/>对应的特征在类器官培养过程中越稳定，灰度值/>对应的图像特征越重要，此时第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的稳定性越大。
需要说明的是，在类器官培养过程中，灰度值对应的像素点数量增长，说明产生了新的特征，或某一特征不断扩张，因此灰度值对应的像素点数量变化反映了类器官培养过程中细节变化，本实施例引入增强显著性特征，对类器官培养过程中的细节变化进行衡量。
根据不同时刻类器官培养图像中同一灰度值对应的像素点数量的变化获取每一时刻类器官培养图像中每种灰度值的增长显著性：
其中，表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的增长显著性，/>取遍[0,255]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量；/>表示第/>个时刻之前的每个时刻的序号，/>取遍[1,/>]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量；/>表示双曲正切函数；/>表示不同时刻的类器官培养图像中同一灰度值对应像素点数量的函数，/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>时刻的增长显著性，当/>时，第/>个时刻灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>个时刻没有增长或下降，此时返回函数值0，即第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>时刻的增长显著性为0；当/>时，第/>个时刻灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>个时刻有增长，说明产生了新的特征或灰度值/>对应的特征不断扩张，当增长越多时，第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>时刻的增长显著性越大，即灰度值/>对应的细节变化越多，反之，第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>时刻的增长显著性越小，即灰度值/>对应的细节变化越少；
当越接近/>时，第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>时刻的增长变化对应的时间越短，若短时间内增长越多，则增长越显著，对应的类器官短时间内的变化越多，类器官的识别需要对短时间内的变化情况进行重点监测，因此将作为第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>时刻的增长显著性/>的权重，当/>越大，即越靠近第/>个时刻时，越关注第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>时刻的增长显著性/>，当/>越小，即越远离第/>个时刻时，越不关注第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>时刻的增长显著性/>，通过对第/>个时刻类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>个时刻之前的每一时刻的增强显著性进行加权求和，得到第/>个时刻类器官培养图像中灰度值/>的增长显著性，当第/>个时刻类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量相较于之前时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量增长越多时，第/>个时刻类器官培养图像中灰度值/>的增长显著性越大。
需要说明的是，当灰度值的稳定性越大且增长显著性越大时，灰度值越可能代表类器官增长过程中的重要特征，因此本实施例根据灰度值的稳定性以及增长显著性对灰度值的重要性进行衡量。
具体的，根据每个时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性以及增长显著性获取每种灰度值的重要性：
其中，表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的重要性，/>取遍[0,255]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的增长显著性；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的稳定性；/>为最大值函数；/>为超参数，经验值为0.0001，实施人员可根据实际实施情况设置超参数，超参数的作用是防止/>为0时导致灰度值/>的重要性为0；当第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的增长显著性越大，灰度值/>为第/>个时刻的类器官培养图像相较于之前时刻的类器官培养图像中的变化细节，此时变化细节越能体现类器官培养过程中产生变化的器官特征，能够帮助进行类器官的识别，此时灰度值/>越重要；当第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的增长显著性越小时，灰度值/>在不同时刻对应的像素点数量未增长或降低，此时若第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的稳定性越大，说明灰度值/>对应的图像特征在不同时刻均为重要的特征，若第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的稳定性越小，说明灰度值/>对应的图像特征在不同时刻均为不重要的特征，因此本实施例采用伽马变换的方法将/>作为指数，结合增长显著性/>获取灰度值/>的重要性。
至此，获取了每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值的重要性。
S003．根据类器官培养图像中每种灰度值的重要性，为每种灰度值设置增强阈值，对类器官培养图像进行增强，得到增强后的类器官培养图像。
需要说明的是，对于重要的灰度值，在增强过程中需要对其进行重点增强，对于不重要的灰度值，在增强过程中无需对其进行重点增强，因此本实施例根据每种灰度值的重要性，为每种灰度值设置增强阈值，以便后续根据增强阈值实现每种灰度值不同程度的增强。
具体的，根据不同时刻的类器官培养图像中每种灰度值的重要性，为每种灰度值设置增强阈值：
其中，表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的增强阈值，/>取遍[0,255]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的重要性；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中所有种灰度值对应的像素点数量的均值；/>表示以自然常数为底的指数函数；当第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的重要性越大，对于灰度值/>越需要重点增强，此时需要设置较大的增强阈值，防止灰度值/>因对应的像素点数量过少而在直方图均衡化的过程中被吞噬，当第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的重要性越小，对于灰度值/>越不需要重点增强，此时可设置较小的增强阈值，因此本实施例将作为增强阈值，当灰度值/>的重要性越大且越接近1时，增强阈值越大且尽可能大于所有种灰度值对应的像素点数量的均值/>，防止后续直方图均衡化过程中灰度值/>因对应的像素点数量过少而被吞噬，反之，当灰度值/>的重要性越小时，增强阈值越小。
对于每一时刻的类器官培养图像，绘制类器官培养图像的灰度直方图，对于灰度直方图中每种灰度值，当灰度直方图中灰度值对应的像素点数量小于灰度值的增强阈值时，将灰度值对应的像素点数量修正为增强阈值，当灰度直方图中灰度值对应的像素点数量大于或等于增强阈值时，对灰度值对应的像素点数量不做修正，如此得到修正灰度直方图，对修正灰度直方图进行直方图均衡化，得到增强后的类器官培养图像。
至此，获取了每一时刻增强后的类器官培养图像。
S004．根据每一时刻增强后的类器官培养图像进行类器官识别。
利用神经网络识别类器官，具体的：
神经网络的结构为RNN循环神经网络，神经网络的输入为每一时刻增强后的类器官培养图像，输出为类器官的类别，神经网络的训练集为历史的类器官培养过程中每一时刻增强后的类器官培养图像构成的数据集，训练集的标签为各图像对应的类器官的类别，由相关领域专业人员进行人工标注，神经网络的损失函数为交叉熵损失。
将每一时刻增强后的类器官培养图像输入到训练好的神经网络中，输出类器官的类别，实现类器官的识别。
本发明根据每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值对应的像素点数量的占比获取每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性，根据稳定性获取灰度值的重要性，从而设置增强阈值进行增强，使得类器官培养过程中重要的特征被增强的程度越大，确保了使得类器官培养过程中重要的特征的清晰度；本发明根据不同时刻类器官培养图像中同一灰度值对应的像素点数量的变化获取每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值的增长显著性，根据增长显著性获取每种灰度值的重要性，从而设置增强阈值进行增强，使得类器官培养过程中的细节变化得到重点增强，避免了细节变化对应的灰度值的像素点数量过少导致增强过程中细节变化对应的灰度值被吞噬，确保了类器官培养过程中的细节变化能够清晰的体现在增强后的类器官培养图像中，从而提高了类器官识别的准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)

1.用于类器官识别的图像处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
采集不同时刻的类器官培养图像；
根据每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值对应的像素点数量的占比获取每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性；根据不同时刻类器官培养图像中同一灰度值对应的像素点数量的变化获取每一时刻类器官培养图像中每种灰度值的增长显著性；根据每个时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性以及增长显著性获取每种灰度值的重要性；
对于每一时刻的类器官培养图像，根据类器官培养图像中每种灰度值的重要性，为每种灰度值设置增强阈值；绘制类器官培养图像的灰度直方图，根据每种灰度值的增强阈值，对灰度直方图进行修正，得到修正灰度直方图，根据修正灰度直方图对类器官培养图像进行增强，得到增强后的类器官培养图像，用于类器官识别。
2.根据权利要求1所述的用于类器官识别的图像处理方法，其特征在于，所述根据每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值对应的像素点数量的占比获取每一时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性，包括的具体步骤如下：
其中，表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的稳定性，/>取遍[0,255]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量；/>表示第个时刻的类器官培养图像中对应的像素点数量最多的灰度值所对应的像素点数量；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量，/>取遍[1,/>]中的每个整数；/>表示每一时刻的类器官培养图像中包含的像素点数量；/>表示以自然常数为底的指数函数。
3.根据权利要求1所述的用于类器官识别的图像处理方法，其特征在于，所述根据不同时刻类器官培养图像中同一灰度值对应的像素点数量的变化获取每一时刻类器官培养图像中每种灰度值的增长显著性，包括的具体步骤如下：
其中，表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的增长显著性，/>取遍[0,255]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量；/>表示第/>个时刻之前的每个时刻的序号，/>取遍[1,/>]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量；/>表示双曲正切函数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>对应的像素点数量相较于第/>时刻的增长显著性。
4.根据权利要求1所述的用于类器官识别的图像处理方法，其特征在于，所述根据每个时刻的类器官培养图像中每种灰度值的稳定性以及增长显著性获取每种灰度值的重要性，包括的具体步骤如下：
其中，表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的重要性，/>取遍[0,255]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的增长显著性；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的稳定性；/>为最大值函数；/>为超参数。
5.根据权利要求1所述的用于类器官识别的图像处理方法，其特征在于，所述根据类器官培养图像中每种灰度值的重要性，为每种灰度值设置增强阈值，包括的具体步骤如下：
其中，表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的增强阈值，/>取遍[0,255]中的每个整数；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中灰度值/>的重要性；/>表示第/>个时刻的类器官培养图像中所有种灰度值对应的像素点数量的均值；/>表示以自然常数为底的指数函数。
6.根据权利要求1所述的用于类器官识别的图像处理方法，其特征在于，所述根据每种灰度值的增强阈值，对灰度直方图进行修正，得到修正灰度直方图，包括的具体步骤如下：
对于灰度直方图中每种灰度值，当灰度直方图中灰度值对应的像素点数量小于灰度值的增强阈值时，将灰度值对应的像素点数量修正为增强阈值，得到修正灰度直方图。
7.根据权利要求1所述的用于类器官识别的图像处理方法，其特征在于，所述根据修正灰度直方图对类器官培养图像进行增强，得到增强后的类器官培养图像，包括的具体步骤如下：
对修正灰度直方图进行直方图均衡化，得到增强后的类器官培养图像。
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