基于颜色分量组合和轮廓拟合的血液白细胞分割方法技术

本发明专利技术涉及一种基于颜色分量组合和轮廓拟合的血液白细胞分割方法。首先利用颜色分量组合增强白细胞细胞核的对比度，进而利用经典阈值分割方法实现细胞核的分割；然后，利用颜色先验去除图像的背景，执行边缘检测和轮廓拟合来获得白细胞分割结果；最后利用白细胞分割结果减去细胞核分割结果得到细胞质分割结果。在标准和快速两种染色制备下白细胞图像集上的实验结果表明，本发明专利技术方法改善了白细胞的分割精度。

Blood Leukocyte Segmentation Based on Combination of Color Components and Contour Fitting

【技术实现步骤摘要】
基于颜色分量组合和轮廓拟合的血液白细胞分割方法
本专利技术属于图像处理
，用于对血常规检查中采集到的血液细胞图像中的白细胞进行分割，具体为一种基于颜色分量组合和轮廓拟合的血液白细胞分割方法。
技术介绍
血常规检查是人体健康检测中的常见项目。血常规检查中一项重要的内容便是对白细胞进行分类计数与异常形态分析。目前，国内医院通常先用基于电阻抗法(物理方法)加流式分析法(物理-化学方法)的血细胞分析仪进行血细胞分类计数。血涂片中白细胞的分类计数和形态分析对诊断白血病等血液疾病意义重大。当血细胞计数结果异常或者主诊医生怀疑患者有血液疾病时，再由检验科医生对血液进行推片、染色、镜检，对白细胞进行分类计数的确认与异常形态分析。人工镜检的准确率依赖于医生的专业技能，存在检测主观性强、个体差异性大、耗时费力的问题，还容易因为医生的视力疲劳影响检测精度。计算机辅助下的血细胞图像自动分析不仅可以节省人力和时间，还可以减少疲劳等造成的人为分析错误。白细胞分割是血细胞图像自动分析的基础，白细胞分割的精度将直接影响后续的白细胞分类计数和形态分析的准确性。白细胞图像可以通过数字成像设备对血涂片进行拍摄而获得。未染色的白细胞与背景之间颜色相近，对比度低，辨识起来困难。为此，制备血涂片时通常要用染色剂进行染色，以增强白细胞与背景之间的对比度，提高辨识度。标准的血涂片制备方式常用瑞氏染色法、姬姆萨染色法对细胞进行着色，着色效果好而稳定；但着色通常需要十分钟以上，着色速度慢，不能满足大范围临床应用的需要。华中科技大学刘建国和汪国有教授的研究团队提出一种血涂片快速制备方法，将细胞着色时间缩短为十秒左右，着色速度快；但着色效果不够稳定，容易产生深色杂质和被污染背景，会溶解掉对部分血液疾病有诊断作用的红细胞。白细胞图像分割的挑战在于：(1)不同染色试剂、染色时长等都会导致不同血细胞图像中的白细胞具有颜色差异和个体差异；(2)成像设备参数设置、拍摄环境等可能使得白细胞存在边缘模糊、纹理不清晰、对比度低、含噪声等现象；(3)在标准的染色制备下，白细胞和红细胞以及周围染色杂质有时会发生粘连。白细胞分割旨在从染色后的人体外周血细胞图像中提取出单个白细胞所在区域，并进而分割出细胞核与细胞质，如图1所示。近年来，国内外学者对白细胞分割问题进行了一系列研究。根据现有白细胞分割方法采用的技术，我们将其归类为有监督的白细胞分割[1]和无监督的白细胞分割[2]。无监督的白细胞分割方法直接根据白细胞的颜色、亮度等特征实现分割。最常用的白细胞分割技术是阈值分割，其它依次为形态学变换、模糊理论、聚类、形变模型、分水岭分割、区域合并、视觉注意模型、边缘检测。有监督的白细胞分割把图像分割问题看待成图像分类问题，先提取训练样本的颜色、纹理等特征，然后利用训练样本特征对分类器进行训练，最后利用训练好的分类器对测试样本图像中的像素点进行分类，识别出白细胞所在区域。最常用的有监督白细胞分割技术是支持向量机，其它依次为神经网络、最近邻分类器、极限学习机、随机森林。现有的血液白细胞图像分割方法分割精度有待进一步提升。为了提高分割精度，本专利技术提出一种基于颜色分量组合和轮廓拟合的白细胞分割方法。参考文献：[1]顾广华,崔东.白细胞图像的柔性组合分割算法[J].仪器仪表学报,2008,29(9):1977-1981.[2]郑馨,王勇,汪国有.EM聚类和SVM自动学习的白细胞图像分割算法[J].数据采集与处理,2013,28(5):614-619.。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于颜色分量组合和轮廓拟合的血液白细胞分割方法，能够提高白细胞分割精度。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于颜色分量组合和轮廓拟合的血液白细胞分割方法，首先，利用颜色分量组合增强白细胞细胞核的对比度，进而利用经典阈值分割方法实现细胞核的分割；然后，利用颜色先验去除图像的背景，执行边缘检测和轮廓拟合来获得白细胞分割结果；最后，利用白细胞分割结果减去细胞核分割结果得到细胞质分割结果。在本专利技术一实施例中，所述利用颜色分量组合增强白细胞细胞核的对比度，进而利用经典阈值分割方法实现细胞核的分割的具体实现方式如下：步骤S11、利用颜色分量组合增强细胞核区域，其形式化描述为：I1＝Ir+Ib-k×Ig(1)其中，Ir、Ib和Ig分别表示RGB颜色空间中的红色、蓝色和绿色分量；步骤S12、在执行完细胞核增强后，采用经典的图像阈值分割方法Otsu提取出细胞核区域，具体如下：步骤S121、分割阈值的确定：对于给定的一幅具有N个像素和L个灰度级{0,1,...,L-1}的增强后的图像I1，Otsu算法确定分割阈值t*的形式化描述为：t*＝Argmax0≤t≤L-1{ωoωb(μo-μb)2}(2)其中，ωo表示以t为分割阈值对应分割结果中目标像素点即灰度为{t+1,t+2,…,L-1}的像素点占图像总像素点的比例，ωb表示以t为分割阈值对应分割结果中背景像素点即灰度为{0,1,…,t}的像素点占图像总像素点的比例；μo和μb代表目标像素点和背景像素点的灰度平均值；步骤S122、图像阈值分割：以t*作为分割阈值，对图像I1执行如下的阈值分割：步骤S13、基于形态学运算的细胞核分割结果修正：先选取最大连通白色区域，即目标区域，然后执行图像填充来修正细胞核初始分割结果，获得细胞核最终分割结果。在本专利技术一实施例中，所述利用颜色先验去除图像的背景，执行边缘检测和轮廓拟合来获得白细胞分割结果的具体实现方式如下：步骤S21、基于颜色先验的图像背景移除：通过阈值分割实现图像背景的去除：其中，t为阈值参数，Ir代表背景移除，即变为白色后的图像；步骤S22、对背景移除后的图像执行边缘检测，以提取白细胞初始轮廓，而后为了拟合粘连处白细胞的轮廓，先在白细胞初始轮廓开口处找到两个断点，然后拟合两个断点之间的弧段，以此实现白细胞粘连处的分离；其中，断点的选择过程如下：步骤S221、使用Harris角点检测器检测白细胞轮廓中的角点；步骤S222、将每个角点作为坐标原点，确定由坐标点(0,d)、(0,-d)、(-d,0)、(d,0)构成的局部笛卡尔坐标系，其中，H代表图像矩阵总的行数，符号代表向下取整；步骤S223、从图像中心点向步骤S222确定的四个笛卡尔坐标点发射四条射线，计算每条射线与白细胞轮廓相交的轮廓点个数，如果四条射线中有一条及以上的射线经过的轮廓点个数为0，则判定相应角点为断点；否则，判定相应角点为非断点；根据此规则，若白细胞初始轮廓含两个以上的断点，则继续执行后续步骤；否则，终止程序，将白细胞初始轮廓认定为白细胞最终轮廓；步骤S224、分别计算细胞核质心和两个断点之间的距离，记为a和b；计算两个断点之间的距离，记为c；使用两个断点和细胞核质心点构造一个三角形，计算两个断点与细胞核质心点连线的夹角θ：步骤S225、找到两个断点之间线段中轴线上与两个断点之间线段夹角度数为θ的点，记这些点中与图像中心点距离最近的那个点为p2；步骤S226、计算p2点和任一断点之间的距离，记为r；以p2为圆心点、r为半径构造一个圆；取两个断点之间的圆弧作为拟合所得两个断点之间的白细胞轮廓，用于分离粘连的白细胞。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于颜色分量组合和轮廓拟合的血液白细胞分割方法，其特征在于，首先，利用颜色分量组合增强白细胞细胞核的对比度，进而利用经典阈值分割方法实现细胞核的分割；然后，利用颜色先验去除图像的背景，执行边缘检测和轮廓拟合来获得白细胞分割结果；最后，利用白细胞分割结果减去细胞核分割结果得到细胞质分割结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于颜色分量组合和轮廓拟合的血液白细胞分割方法，其特征在于，首先，利用颜色分量组合增强白细胞细胞核的对比度，进而利用经典阈值分割方法实现细胞核的分割；然后，利用颜色先验去除图像的背景，执行边缘检测和轮廓拟合来获得白细胞分割结果；最后，利用白细胞分割结果减去细胞核分割结果得到细胞质分割结果。2.根据权利要求1所述的基于颜色分量组合和轮廓拟合的血液白细胞分割方法，其特征在于，所述利用颜色分量组合增强白细胞细胞核的对比度，进而利用经典阈值分割方法实现细胞核的分割的具体实现方式如下：步骤S11、利用颜色分量组合增强细胞核区域，其形式化描述为：I1＝Ir+Ib-k×Ig(1)其中，Ir、Ib和Ig分别表示RGB颜色空间中的红色、蓝色和绿色分量；步骤S12、在执行完细胞核增强后，采用经典的图像阈值分割方法Otsu提取出细胞核区域，具体如下：步骤S121、分割阈值的确定：对于给定的一幅具有N个像素和L个灰度级{0,1,...,L-1}的增强后的图像I1，Otsu算法确定分割阈值t*的形式化描述为：t*＝Argmax0≤t≤L-1{ωoωb(μo-μb)2}(2)其中，ωo表示以t为分割阈值对应分割结果中目标像素点即灰度为{t+1,t+2,…,L-1}的像素点占图像总像素点的比例，ωb表示以t为分割阈值对应分割结果中背景像素点即灰度为{0,1,…,t}的像素点占图像总像素点的比例；μo和μb代表目标像素点和背景像素点的灰度平均值；步骤S122、图像阈值分割：以t*作为分割阈值，对图像I1执行如下的阈值分割：步骤S13、基于形态学运算的细胞核分割结果修正：先选取最大连通白色区域，即目标区域，然后执行图像填充来修正细胞核初始分割结果，获得细胞核最终分割结果。3.根据权利要求1所述的基于颜色分量组合和轮廓拟合的血...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佐勇，王传胜，张祖昌，肖国宝，刘伟霞，周常恩，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：福建,35