一种全切片扫描路径动态规划方法及系统技术方案

技术编号:23083432 阅读:23 留言:0更新日期:2020-01-11 00:34
本发明专利技术涉及一种全切片扫描路径动态规划方法及系统,方法包括以下步骤:i、对低倍的鸟瞰图像进行处理,计算出鸟瞰图像中可扫描区域的范围,ii、在可扫描区域的范围内选择扫描起始位置,iii、通过步进式地移动显微镜镜头探索出该可扫描区域的外边界,iv、穷举所有以显微镜视野当前停留位置为起点的,移动步数为M的扫描路线;在穷举出的若干条扫描路线中按预设规则优选出一条扫描路线并执行;v、在显微镜镜头每移动1步后均重新执行第iv步骤中的路线规划,直到在显微镜视野的临近范围没有待扫描区域。本发明专利技术能够在规划扫描路径时,使用动态规划法而非固定路径模式,降低扫描不规则切片时重复路径。

A dynamic path planning method and system for full slice scanning

【技术实现步骤摘要】
一种全切片扫描路径动态规划方法及系统
本专利技术涉及数字化病理领域,具体涉及一种全切片扫描路径动态规划系统及方法。
技术介绍
自动显微镜(motorizedmicroscope)技术经过十数年发展,已比较成熟。但其中具有全切片扫描(wholeslideimaging)功能的型号多基于高精度机械定位的原理,成本极高,限制了其在中低预算需求用户中的广泛应用。在本申请人的专利技术专利申请201910225913.6中解决了基于特征点匹配的显微镜局部视野定位控制方法,实现了定位功能;在本申请人的专利技术专利申请201910225927.8中通过自动显微镜的Z轴控制方法解决了对焦功能。但当仅采用单一高倍率镜头时,未能有效解决路径规划问题。常规全切片扫描显微镜拥有高机械重复定位精度、多倍率镜头切换功能。通常,这一方案先在不需要准确对焦的低倍率(如2或4倍)下快速预扫,以确认可被扫描(也就是有切片覆盖)的范围边界再切换为高倍率(如20或40倍)对焦扫描。在低倍率下,采用固定轨迹(Z字型或螺旋型,例如专利201010231263.5所述)移动、全覆盖遍历整张切片;在高倍率下,采用固定轨迹移动遍历可被扫描范围。但是,使用201910225913.6和201910225927.8专利方案以及单一高倍率镜头的系统无法遵循相同的逻辑,原因包括:1、仅能通过鸟瞰镜头(低于0.5倍)拍摄的切片大致估算扫描边界。由于倍率相差巨大,低倍率鸟瞰镜头下估算的边界位置在高倍率下误差可能达到数个视野之多,因而不能依赖鸟瞰镜头拍摄的切片确定可扫描范围;2、在依靠高倍率显微图像估算扫描边界时,必然要求先进行对焦,否则仅凭失焦模糊图像无法区别是否存在切片覆盖。但是,对于无切片覆盖区域无法使用201910225927.8方案对焦。如果仍采用遍历切片的路线、以对焦失败为判断边界准则,则效率极低;3、即使确定了可扫描区域,在此范围内扫描时,可能出现切片空洞也就是在切片中心的不可扫描区域,切断遍历的路线;4、即使确定了可扫描区域,以及其中分布的局部不可扫描区域,并可用若干组Z字型遍历路线覆盖整个不规则的扫描区域,难免有大量重复路径,效率很低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:提出一种在完全覆盖可扫描区域的前提下还能实现优化扫描路径、减少扫描时间、遇到局部不可扫描区域时进行规避和同时不遗漏可扫描区域的全切片扫描路径动态规划方法及系统。本专利技术为解决上述技术问题提出的技术方案(一)是:一种全切片扫描路径动态规划方法,包括以下步骤:i、对低倍的鸟瞰图像进行处理,通过判断鸟瞰图像的任一像素点对应范围是否可扫描,计算出鸟瞰图像中唯一可扫描区域的范围或多片的被不可扫描区域分割包围的可扫描区域的范围;对唯一可扫描区域或依次对多片可扫描区域进行下列流程,ii、在可扫描区域的范围内选择扫描起始位置,并将显微镜视野移动到该起始位置;iii、通过显微镜镜头平移机构步进式地移动显微镜镜头探索出该可扫描区域的外边界,所述外边界之内的区域为待扫描区域,所述外边界之外的区域为不可扫描区域,被显微镜视野扫描经过的区域为已扫描区域;iv、穷举所有以显微镜视野当前停留位置为起点的且移动步数为M的扫描路线;在穷举出的若干条扫描路线中按预设规则优选出一条扫描路线并执行;v、在显微镜镜头每移动1步后均重新执行第iv步骤中的路线规划,直到在显微镜视野的临近范围没有待扫描区域;vi、判断整个外边界内是否存在待扫描区域,如果存在,则移动到最近的一处从iv步骤重新循环执行;若可扫描区域内已无待扫描区域,则结束扫描流程。进一步的,显微镜镜头获取的显微视野图像被网格化成n乘n个视野方格,n大于或等于2,显微镜镜头平移机构及显微镜镜头被配制成每次移动对应带动显微视野前进x个方格并且移动后即时获取一幅新的显微视野图像;对新获取显微视野图像中每个视野方格内的内容进行是否可扫描的判断,并将判断结果记录到扫描状态地图中,扫描状态地图预设有z乘z个空格,每个空格的预设状态均为待扫描,所述z乘z个空格用于对应记录每次新获取视野方格的位置坐标以及将所述预设状态对应地更新为已扫描或不可扫描状态。进一步的,在步骤iii中探索可扫描区域的外边界时,显微镜镜头的移动路径策略为:a、在没有触及不可扫描区域时,始终向上、下、左或右方向移动;b、在触及不可扫描区域时,按顺时针或逆时针方向始终沿着不可扫描区域的边界移动;c、当回到已扫描区域时,即环绕不可扫描区域的边界移动一周时,判断已扫描区域是否完全被不可扫描区域包围,c1、若已包围,则结束探索可扫描区域的外边界;c2、若未包围,说明外边界尚未全部探明,则先在扫描状态地图中找到同时紧邻不可扫描区域和待扫描区域的已扫描区域,,再将显微镜镜头移动至这些已扫描区域与不可扫描区域及持扫描区域相接处的最上、下、左或右方的一处,重复a-c流程。进一步的,在所述步骤iv中,所述预设规则是指推算出每一条路线在移动M步之后新扫描区域的覆盖率得分,所述优选是指选出选取得分最高的路线;覆盖率得分的计算方法是对若干状态值全部或部分的组合进行加权求和,所述若干状态值包括新扫描视野方格数目c、移动路线转弯次数t、新扫描视野方格与待扫描区域接壤边数s和待扫描块聚团数p,加权权值为w1、w2、…、wN,权值可取正负;若最优路线是不移动,则执行步骤vi。进一步的,判断鸟瞰图像的任一像素点对应范围是否可扫描时,将鸟瞰图像的像素值分别转换为HSV色域与YCbCr色域,若某个像素p的色彩向量{Hp,Sp,Vp,Yp,Cbp,Crp}在给定色彩阈值的上限{Hmax,Smax,Vmax,Ymax,Cbmax,Crmax}与下限{Hmin,Smin,Vmin,Ymin,Cbmin,Crmin}之间时,判断此像素可扫描,反之判断为不可扫描。进一步的,在对每个视野方格内的内容进行是否可扫描的判断时,先计算视野方格内可扫描像素与不可扫描像素的个数,进而获得可扫描像素与不可扫描像素个数的比例,再判断该比例是否高于预设阈值,当所述比例大于或等于预设阈值时判断该方格为可扫描,反之为不可扫描;在判断像素是否可扫描时,将像素值分别转换为HSV色域与YCbCr色域,若某个像素p的色彩向量{Hp,Sp,Vp,Yp,Cbp,Crp}在给定色彩阈值的上限{Hmax,Smax,Vmax,Ymax,Cbmax,Crmax}与下限{Hmin,Smin,Vmin,Ymin,Cbmin,Crmin}之间时,判断此像素可扫描,反之判断为不可扫描。进一步的,选择扫描起始位置时,以显微视野N倍长宽的矩形为滑动窗口,将所述滑动窗口比例缩放后投射覆盖到所述鸟瞰图像上,在鸟瞰图像上为滑动窗口选取一个能够最大比例覆盖可扫描区域的位置,将所选择的滑动窗口的中心作为扫描起始位置。本专利技术为解决上述技术问题提出的技术方案(二)是:包括鸟瞰摄像模块、第一可扫描区域本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种全切片扫描路径动态规划方法,包括以下特征步骤:/ni、对低倍的鸟瞰图像进行处理,通过判断鸟瞰图像的任一像素点对应范围是否可扫描,计算出鸟瞰图像中唯一可扫描区域的范围或多片被不可扫描区域分割包围的可扫描区域的范围;对唯一可扫描区域或依次对多片可扫描区域进行下列流程,/nii、在可扫描区域的范围内选择扫描起始位置,并将显微镜视野移动到该起始位置;/niii、通过显微镜镜头平移机构步进式地移动显微镜镜头探索出该可扫描区域的外边界,所述外边界之内的区域为待扫描区域,所述外边界之外的区域为不可扫描区域,被显微镜视野扫描经过的区域为已扫描区域;/niv、穷举所有以显微镜视野当前停留位置为起点的且移动步数为M的扫描路线;在穷举出的若干条扫描路线中按预设规则优选出一条扫描路线并执行;/nv、在显微镜镜头每移动1步后均重新执行第iv步骤中的路线规划,直到在显微镜视野的临近范围没有待扫描区域;/nvi、判断整个外边界内是否存在待扫描区域,如果存在,则移动到最近的一处从iv步骤重新循环执行;若可扫描区域内已无待扫描区域,则结束扫描流程。/n

【技术特征摘要】
1.一种全切片扫描路径动态规划方法,包括以下特征步骤:
i、对低倍的鸟瞰图像进行处理,通过判断鸟瞰图像的任一像素点对应范围是否可扫描,计算出鸟瞰图像中唯一可扫描区域的范围或多片被不可扫描区域分割包围的可扫描区域的范围;对唯一可扫描区域或依次对多片可扫描区域进行下列流程,
ii、在可扫描区域的范围内选择扫描起始位置,并将显微镜视野移动到该起始位置;
iii、通过显微镜镜头平移机构步进式地移动显微镜镜头探索出该可扫描区域的外边界,所述外边界之内的区域为待扫描区域,所述外边界之外的区域为不可扫描区域,被显微镜视野扫描经过的区域为已扫描区域;
iv、穷举所有以显微镜视野当前停留位置为起点的且移动步数为M的扫描路线;在穷举出的若干条扫描路线中按预设规则优选出一条扫描路线并执行;
v、在显微镜镜头每移动1步后均重新执行第iv步骤中的路线规划,直到在显微镜视野的临近范围没有待扫描区域;
vi、判断整个外边界内是否存在待扫描区域,如果存在,则移动到最近的一处从iv步骤重新循环执行;若可扫描区域内已无待扫描区域,则结束扫描流程。


2.根据权利要求1所述全切片扫描路径动态规划方法,其特征在于:
显微镜镜头获取的显微视野图像被网格化成n乘n个视野方格,n大于或等于2,显微镜镜头平移机构及显微镜镜头被配制成每次移动对应带动显微视野前进x个方格并且移动后即时获取一幅新的显微视野图像;
对新获取显微视野图像中每个视野方格内的内容进行是否可扫描的判断,并将判断结果记录到扫描状态地图中,扫描状态地图预设有z乘z个空格,每个空格的预设状态均为待扫描,所述z乘z个空格用于对应记录每次新获取视野方格的位置坐标以及将所述预设状态对应地更新为已扫描或不可扫描状态。


3.根据权利要求2所述全切片扫描路径动态规划方法,其特征在于:在步骤iii中探索可扫描区域的外边界时,
显微镜镜头的移动路径策略为:
a、在没有触及不可扫描区域时,始终向上、下、左或右方向移动;
b、在触及不可扫描区域时,按顺时针或逆时针方向始终沿着不可扫描区域的边界移动;
c、当回到已扫描区域时,即环绕不可扫描区域的边界移动一周时,判断已扫描区域是否完全被不可扫描区域包围,
c1、若已包围,则结束探索可扫描区域的外边界;
c2、若未包围,说明外边界尚未全部探明,则先在扫描状态地图中找到同时紧邻不可扫描区域和待扫描区域的已扫描区域,再将显微镜镜头移动至这些已扫描区域与不可扫描区域及持扫描区域相接处的最上、下、左或右方的一处,重复a-c流程。


4.根据权利要求3所述全切片扫描路径动态规划方法,其特征在于:在所述步骤iv中,
所述预设规则是指推算出每一条路线在移动M步之后新扫描区域的覆盖率得分,所述优选是指选出选取得分最高的路线;
覆盖率得分的计算方法是对若干状态值全部或部分的组合进行加权求和,所述若干状态值包括新扫描视野方格数目c、移动路线转弯次数t、新扫描视野方格与待扫描...

【专利技术属性】
技术研发人员:马朔昕王坦
申请(专利权)人:南京泰立瑞信息科技有限公司
类型:发明
国别省市:江苏;32

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