一种基于层级结构信息构建细胞分割区域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构建细胞分割区域的方法及系统，用以解决现有技术不能准确地分割细胞区域的问题。该方法包括：S1、定义相差显微镜细胞图像中的主要信息、中间信息及次要信息；S2、基于所述细胞主要信息，扩展所述细胞中间信息；S3、基于细胞的灰度层级结构信息，检测与分析细胞之间各自独立与相互粘连的情况；S4、基于已检测到的相关信息，通过区域块分离与分组方法，不断扩展细胞信息以构建细胞最终的分割结果。本发明专利技术基于目标灰度层级结构信息构建细胞分割结果，不断地分离与分组具有不同重要性的灰度层级结构信息，最终能准确地构建细胞的分割区域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于层级结构信息构建细胞分割区域的方法及系统
本专利技术涉及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构建细胞分割区域的方法及系统。
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。
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构建细胞分割区域的方法及系统，用以解决现有技术不能准确地分割细胞区域的问题。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构建细胞分割区域的方法，包括步骤：S1、定义相差显微镜细胞图像中的主要信息、中间信息及次要信息；S2、基于所述细胞主要信息，扩展所述细胞中间信息；S3、基于细胞的灰度层级结构信息，检测与分析细胞之间各自独立与相互粘连的情况；S4、基于已检测到的相关信息，通过区域块分离与分组方法，不断扩展细胞信息以构建细胞最终的分割结果。进一步地，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、高亮区域及高亮区域内部的封闭区域；定义深暗区域为细胞主要信息，高亮区域为细胞次要信息，高亮区域内部的封闭区域为细胞中间信息。进一步地，其特征在于，步骤S2具体包括：通过帧间关联或者手动标记的方式确定图像中各个细胞的主要信息；将可利用的中间信息局部区域块与细胞主要信息相互融合以扩展细胞的检测与分割区域；若扩展区域范围时产生粘连情况，运用目标对分离与分组算法进行处理。进一步地，其特征在于，步骤S3具体包括：采用独立细胞与粘连细胞检测方法和粘连细胞的粘连方式检测方法分别对细胞关系进行分析检测。进一步地，其特征在于，步骤S4具体包括：采用所述细胞次要信息进行分离与分组算法对所述细胞次要信息进行合理地分离与分组；基于分离与分组后的细胞层级结构信息，近似估计目标凸集区域作为最终的目标分割结果。一种基于层级结构信息构建细胞分割区域的系统，包括：定义模块，用于定义相差显微镜细胞图像中的主要信息、中间信息及次要信息；扩展模块，用于基于所述细胞主要信息，扩展所述细胞中间信息；检测模块，用于基于细胞的灰度层级结构信息，检测与分析细胞之间各自独立与相互粘连的情况；分割模块，用于基于已检测到的相关信息，通过区域块分离与分组方法，不断扩展细胞信息以构建细胞最终的分割结果。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将所述相差显微镜细胞图像划分为深暗区域、高亮区域及高亮区域内部的封闭区域；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，高亮区域内部的封闭区域为细胞中间信息。进一步地，所述扩展模块具体包括：标记单元，用于通过帧间关联或者手动标记的方式确定图像中各个细胞的主要信息；融合单元，用于将可利用的中间信息局部区域块与细胞主要信息相互融合以扩展细胞的检测与分割区域；处理单元，用于若扩展区域范围时产生粘连情况，运用目标对分离与分组算法进行处理。进一步地，所述检测模块具体包括：分析检测单元，用于采用独立细胞与粘连细胞检测方法和粘连细胞的粘连方式检测方法分别对细胞关系进行分析检测。进一步地，所述分割模块具体包括：分离分组单元，用于采用所述细胞次要信息进行分离与分组算法对所述细胞次要信息进行合理地分离与分组；构建分割单元，用于基于分离与分组后的细胞层级结构信息，近似估计目标凸集区域作为最终的目标分割结果。本专利技术与传统的技术相比，有如下优点：本专利技术基于目标灰度层级结构信息构建细胞分割结果，不断地分离与分组具有不同重要性的灰度层级结构信息，最终能准确地构建细胞的分割区域。附图说明图1是实施例一提供的一种基于层级结构信息构建细胞分割区域的方法流程图；图2是实施例一提供的PCM_0001原图及其灰度分布信息图；图3是实施例一提供的PCM_0001的灰度层级结构信息图；图4是实施例一提供的关于PCM_0001的细胞主要信息初始化图；图5是实施例一提供的添加中间信息前后的检测结果图；图6是实施例一提供的基于细胞主要信息直接添加中间信息的实例；图7是实施例一提供的细胞中间信息粘连情况分离与分组实例；图8是实施例一提供的构建指示矩阵的过程图；图9是实施例一提供的独立指示矩阵及其相对应的次要信息区域块集合；图10是实施例一提供的粘连指示矩阵及其相对应的次要信息区域块集合；图11是实施例一提供的具有不同访问次数的次要信息局部区域块集合；图12是实施例一提供的细胞椭圆区域近似估计结果图；图13是实施例一提供的轴关系示意图；图14是实施例一提供的修正后的粘连细胞指示矩阵；图15是实施例一提供的基于细胞主要信息添加所有仅被访问1次的次要信息局部区域块集合的结果；图16是实施例一提供的被多次访问的次要信息局部二值区域块集合；图17是实施例一提供的针对各次要信息局部区域块的最佳分离位置；图18是实施例一提供的针对PCM_0001的最终组合结果及分割结果；图19是实施例二提供的一种基于层级结构信息构建细胞分割区域的系统结构图。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。实施例一本实施例提供了一种基于层级结构信息构建细胞分割区域的方法，如图1所示，包括步骤：S11：定义相差显微镜细胞图像中的主要信息、中间信息及次要信息；S12：基于所述细胞主要信息，扩展所述细胞中间信息；S13：基于细胞的灰度层级结构信息，检测与分析细胞之间各自独立与相互粘连的情况；S14：基于已检测到的相关信息，通过区域块分离与分组方法，不断扩展细胞信息以构建细胞最终的分割结果。本实施例首先定义相差显微镜细胞图像中的三个基本的灰度层级结构信息，即主要信息、中间信息以及次要信息。不同灰度层级结构信息可以确定图像中不同部分。对于一个细胞目标，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于层级结构信息构建细胞分割区域的方法，其特征在于，包括步骤：S1、定义相差显微镜细胞图像中的主要信息、中间信息及次要信息；S2、基于所述细胞主要信息，扩展所述细胞中间信息；S3、基于细胞的灰度层级结构信息，检测与分析细胞之间各自独立与相互粘连的情况；S4、基于已检测到的相关信息，通过区域块分离与分组方法，不断扩展细胞信息以构建细胞最终的分割结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于层级结构信息构建细胞分割区域的方法，其特征在于，包括步骤：S1、定义相差显微镜细胞图像中的主要信息、中间信息及次要信息；S2、基于所述细胞主要信息，扩展所述细胞中间信息；S3、基于细胞的灰度层级结构信息，检测与分析细胞之间各自独立与相互粘连的情况；S4、基于已检测到的相关信息，通过区域块分离与分组方法，不断扩展细胞信息以构建细胞最终的分割结果。2.根据权利要求1所述的一种基于层级结构信息构建细胞分割区域的方法，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、高亮区域及高亮区域内部的封闭区域；定义深暗区域为细胞主要信息，高亮区域为细胞次要信息，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1所述的一种基于层级结构信息构建细胞分割区域的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：通过帧间关联或者手动标记的方式确定图像中各个细胞的主要信息；将可利用的中间信息局部区域块与细胞主要信息相互融合以扩展细胞的检测与分割区域；若扩展区域范围时产生粘连情况，运用目标对分离与分组算法进行处理。4.根据权利要求1所述的一种基于层级结构信息构建细胞分割区域的方法，其特征在于，步骤S3具体包括：采用独立细胞与粘连细胞检测方法和粘连细胞的粘连方式检测方法分别对细胞关系进行分析检测。5.根据权利要求1所述的一种基于层级结构信息构建细胞分割区域的方法，其特征在于，步骤S4具体包括：采用所述细胞次要信息进行分离与分组算法对所述细胞次要信息进行合理地分离与分组；基于分离与分组后的细胞层级结构信息，近似估计目标凸集区域作为最终的目标分割结果。6.一种基于层级结构信息构建细胞分割区域的系统，其特征在于，包括：定义模块，用于定义相差显微镜细胞...

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