一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的方法及系统，用以解决现有技术不能准确地确定细胞之间粘连情况的问题。该方法包括：S1、定义相差显微镜细胞图像中具有不同重要性的灰度层级结构信息；S2、通过标记或者帧间关联的方式确定当前帧的细胞主要信息；S3、基于已检测到的细胞主要信息添加细胞中间信息；S4、基于已检测到的细胞信息，将细胞次要信息作为指示信息以检测细胞之间各自独立与相互粘连的情况。本发明专利技术基于灰度层级结构信息关系确定细胞粘连情况，能够有效地检测独立细胞与粘连细胞区域范围，并能够通过指示矩阵直接描述细胞之间的关系。

【技术实现步骤摘要】
一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的方法及系统
本专利技术涉及医学图像处理
，尤其涉及一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的方法及系统。
技术介绍
细胞运动的研究一直是细胞学和生物学研究的重要组成部分，但是传统的研究方法在技术日益革新的现在已经渐渐变得不这么适用了，传统的在显微镜下利用细胞计数板用人眼进行染色、分类、计数、跟踪等这类不但需要大量繁琐的人为操作而且容易使得操作者变得疲劳从而影响结果的正确性，且其可重用性比较低。国内外的医学专家经过长期地实践与研究取得一致共识认为应该在细胞运动研究中引入数字视频技术和数字图像处理技术，从而极大地提高研究效率，减轻研究人员负担。用计算机来跟踪细胞运动，部分代替人类始终盯着显微镜来观察细胞的眼睛，尽量地把人从繁重的重复劳动中解脱出来进行更有创造性的工作。因此，如何利用计算机图像处理、视频分析等相关技术手段来提高生物研究过程中的自动化程度已成为当前急需解决的非常有意义的难题。当前，常用的目标检测与识别算法，可以在确定目标大致位置之后，提取区域内部的特征，再采用适当的分类器对检测区域进行识别与分类。多数目标检测与识别算法的实现都是依赖于提取的高维度特征与不同的训练算法。在检测时，这些算法多采用矩形框，且将矩形框覆盖的大致区域作为表征目标的检测结果。虽然，其检测结果可以覆盖目标，但并不是在所有情况下都可以通过外接矩形框的方式定义目标区域。矩形框内目标占整个矩形框区域的比例有时非常小，那么提取的特征就不是非常准确，不利于应用目标识别与分类等后续算法。公开号为CN103559724A的专利提供了一种高粘连度细胞环境下的多细胞同步跟踪方法。细胞图像中，多细胞的分割和同步跟踪是一个尚未解决的难题，尤其在高粘连度情况下多细胞检测与分割，更加迫切需要解决。该专利技术首先提出了一种改进的基于分水岭和多特征匹配的分割算法实现细胞分割，然后，建立适用于卡尔曼滤波的运动模型并加入多特征匹配实现细胞的预测和跟踪。该专利技术不能很好地处理细胞核粘连情况与独立情况的分析。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题目的在于提供一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的方法及系统，用以解决现有技术不能准确地确定细胞粘连情况的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的方法，包括步骤：S1、定义相差显微镜细胞图像中具有不同重要性的灰度层级结构信息；S2、通过标记或者帧间关联的方式确定当前帧的细胞主要信息；S3、基于已检测到的细胞主要信息添加细胞中间信息；S4、基于已检测到的细胞信息，将细胞次要信息作为指示信息以检测细胞间的粘连情况。进一步地，步骤S1具体包括：通过相差显微镜成像系统，获取所述相差显微镜细胞图像；采用多类别最大类间方差算法得出所述相差显微镜细胞图像的深暗区域、高亮区域及封闭区域；定义深暗区域为细胞主要信息，高亮区域为细胞次要信息，封闭区域为细胞中间信息。进一步地，步骤S2具体包括：将细胞主要信息局部区域块分组成为不同目标集合；根据所述分组后的局部区域块生成二值标记图；将所述二值标记图中的局部区域块标号标色以确定所述细胞主要信息。进一步地，步骤S3具体包括：采用本地覆盖检测对所述细胞主要信息进行检测；判断所述细胞主要信息是否具有可扩展的中间信息，若无，保持所述细胞主要信息不变；否则，有序地进行扩展。进一步地，步骤S4具体包括：通过形态学膨胀扩大已检测到的细胞主要信息或细胞中间信息的凸集近似估计区域；若扩大后的凸集近似估计区域与细胞次要信息局部区域块相互覆盖，则在细胞次要信息局部区域块计数图中将所述细胞次要信息局部区域块的数值加1，并且在细胞次要信息局部区域块访问图中将所述细胞次要信息局部区域块的数值加上所述细胞的索引号；建立二值指示矩阵，假设当前图像中的细胞个数为N，则指示矩阵的大小为N×N；若一个细胞次要信息局部区域块同时被不同索引号的细胞访问，则在所述指示矩阵中的相应位置标记为1；将所述二值指示矩阵中的区域进行归纳及划分得到标号标色指示矩阵；剔除所述标号标色指示矩阵的下三角的指示值并保留主对角线元素，此时标号标色指示矩阵包含细胞独立指示信息与细胞粘连指示信息；针对标号标色指示矩阵，若指示值分布在主对角线上且从属于每一个标记标色值的点仅有一个，则表示这些细胞各自独立，且相应地形成独立指示矩阵；若从属于任何一个标记标色值的点都多余一个，则表示具有同一颜色标记所对应的细胞之间存在相互粘连关系，且相应地形成粘连指示矩阵。一种基于层级结构确定细胞粘连情况的系统，包括：定义模块，用于定义相差显微镜细胞图像中具有不同重要性的灰度层级结构信息；标记模块，用于通过标记或者帧间关联的方式确定当前帧的细胞主要信息；添加模块，用于基于已检测到的细胞主要信息添加细胞中间信息；检测模块，用于基于已检测到的细胞信息，将细胞次要信息作为指示信息以检测细胞间的粘连情况。进一步地，所述定义模块具体包括：图像获取单元，用于通过相差显微镜成像系统，获取所述相差显微镜细胞图像；区域分类单元，用于采用多类别最大类间方差算法得出所述相差显微镜细胞图像的深暗区域、高亮区域及封闭区域；信息分类单元，用于定义深暗区域为细胞主要信息，高亮区域为细胞次要信息，封闭区域为细胞中间信息。进一步地，所述标记模块具体包括：区块分组单元，用于利用辅助软件工具将细胞主要信息局部区域块分组成为不同目标集合；二值标记单元，用于根据所述分组后的局部区域块生成二值标记图；标号标色单元，用于将所述二值标记图中的局部区域块标号标色以确定所述细胞主要信息。进一步地，所述添加模块具体包括：覆盖检测单元，用于采用本地覆盖检测对所述细胞主要信息进行检测；判断单元，用于判断所述细胞主要信息是否具有可扩展的中间信息，若无，保持所述细胞主要信息不变；否则，有序地进行扩展。进一步地，所述检测模块具体包括：区域扩大单元，用于通过形态学膨胀扩大已检测到的细胞主要信息或细胞中间信息的凸集近似估计区域；数值记录单元，用于若扩大后的凸集近似估计区域与细胞次要信息局部区域块相互覆盖，则在细胞次要信息局部区域块计数图中将所述细胞次要信息局部区域块的数值加1，并且在细胞次要信息局部区域块访问图中将所述细胞次要信息局部区域块的数值加上所述细胞的索引号；二值指示矩阵单元，用于建立二值指示矩阵，假设当前图像中的细胞个数为N，则指示矩阵的大小为N×N；若一个细胞次要信息局部区域块同时被不同索引号的细胞访问，则在所述指示矩阵中的相应位置标记为1；标号标色指示矩阵单元，用于将所述二值指示矩阵中的区域进行归纳及划分得到标号标色指示矩阵；剔除单元，用于剔除所述标号标色指示矩阵的下三角的指示值并保留主对角线元素，此时标号标色指示矩阵包含细胞独立指示信息与细胞粘连指示信息；确定单元，用于针对标号标色指示矩阵，若指示值分布在主对角线上且从属于每一个标记标色值的点仅有一个，则表示这些细胞各自独立，且相应地形成独立指示矩阵；若从属于任何一个标记标色值的点都多余一个，则表示具有同一颜色标记所对应的细胞之间存在相互粘连关系，且相应地形成粘连指示矩阵。本专利技术与传统的技术相比，有如下优点：本专利技术基于灰度层级结构信息关系确定细胞粘连情况，可以有效地检测独立细胞与粘连细胞区域，并可以通过指本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的方法，其特征在于，包括步骤：S1、定义相差显微镜细胞图像中具有不同重要性的灰度层级结构信息；S2、通过标记或者帧间关联的方式确定当前帧的细胞主要信息；S3、基于已检测到的细胞主要信息添加细胞中间信息；S4、基于已检测到的细胞信息，将细胞次要信息作为指示信息以检测细胞之间各自独立与相互粘连的情况。

【技术特征摘要】
1.一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的方法，其特征在于，包括步骤：S1、定义相差显微镜细胞图像中具有不同重要性的灰度层级结构信息；S2、通过标记或者帧间关联的方式确定当前帧的细胞主要信息；S3、基于已检测到的细胞主要信息添加细胞中间信息；S4、基于已检测到的细胞信息，将细胞次要信息作为指示信息以检测细胞之间各自独立与相互粘连的情况。2.根据权利要求1所述的一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：通过相差显微镜成像系统，获取所述相差显微镜细胞图像；采用多类别最大类间方差算法将所述相差显微镜细胞图像划分为深暗区域、高亮区域及背景区域；定义深暗区域为细胞主要信息，高亮区域为细胞次要信息，高亮区域内部的封闭区域为细胞中间信息。3.根据权利要求2所述的一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：将细胞主要信息独立区域块分组并包含于各独立封闭区域内；根据所述各独立封闭区域生成其对应的二值标记图；标号标色二值标记图并与细胞主要信息相关联，使得属于各集合内部的区域块具有相同的伪彩色与标号值。4.根据权利要求3所述的一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的方法，其特征在于，步骤S3具体包括：基于细胞主要信息，采用本地覆盖检测对所述细胞中间信息进行检测；判断所述细胞主要信息是否具有可扩展的中间信息，若无，保持所述细胞主要信息不变；否则，有序地进行扩展。5.根据权利要求4所述的一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的方法，其特征在于，步骤S4具体包括：通过形态学膨胀扩大已检测到的细胞主要信息或细胞中间信息的凸集近似估计区域；若扩大后的凸集近似估计区域与细胞次要信息局部区域块相互覆盖，则在细胞次要信息局部区域块计数图中将所述细胞次要信息局部区域块的数值加1，并且在细胞次要信息局部区域块访问图中将所述细胞次要信息局部区域块的数值加上所述细胞的索引号；假设当前图像中的细胞个数为N，建立二值指示矩阵，且其大小为N×N；若一个细胞次要信息局部区域块同时被不同索引号的细胞访问，则在所述指示矩阵中的相应位置标记为1；将所述二值指示矩阵中的各指示点进行归纳及划分得到标号标色指示矩阵；剔除所述标号标色指示矩阵的所有下三角指示值并保留主对角线指示值，得到简化标号标色指示矩阵，其内部包含细胞独立指示信息与细胞粘连指示信息；针对标号标色指示矩阵，若指示值分布在主对角线上且从属于每一个标记标色值的点仅有一个，则表示这些细胞各自独立，且相应地形成独立指示矩阵；若从属于某标记标色值的点都大于一个，则表示具有此同一颜色标记所对应的细胞之间存在相互粘连关系，且相应地形成粘连指示矩阵。6.一种基于层级结构信息确定细胞粘连情况的系统，其特征在于，包括：定义模块，用于定义相差显微镜细胞图像中具有不同重要性的灰度层级结构信息；标记模块，用于通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，唐丽华，方陆明，徐爱俊，张剑华，任俊俊，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33