切片组织的三维采集及多层图像融合方法技术

本发明专利技术公开了一种切片组织的三维采集及采集后多层图像的融合方法。本发明专利技术的切片组织三维采集，以初始焦平面位置为中心，在切片厚度范围内更新位置进行多层图像采集，同时保存每层的切片图像。本发明专利技术的多层图像的融合，采取分区域融合方法，基于图像中像素的清晰度，选取待融合图像中清晰度较高的区域，更新模板图像，最终达到整张切片图像的清晰度优化。同时，采用分配权重的方法对边界区域的像素点进行平滑，有效地抑制了伪边缘的产生。使用本发明专利技术的方法，提高了数字图像对切片组织特征的再现精度。有效地减轻了医生的工作负担，并为远程诊断提供了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医疗和生物切片图像的多层采集及融合
更具体地说，本专利技术 涉及一种用于切片组织的多层融合图像处理方法。
技术介绍
图像融合技术是多传感器信息融合中可视信息的融合，它利用各种成像传感器不同 的成像方式，为不同的影像提供互补信息，增加图像信息量，减少原始图像数据量，提 高对环境的适应性，以获得更可靠、更准确的有用信息供观察或进一步处理。它是一门 综合了传感器、信号处理、图像处理和人工智能等的新兴技术。近年来，图像融合己成 为一种十分重要和有用的图像分析与计算机视觉技术。它在自动目标识别、计算机视觉、 遥感、机器人、医学图像处理以及军事应用等领域有着广泛的应用前景。在病理诊断、基因检测、药物分析、血液分析等领域都会用制作切片的方式来保存 组织信息。然而，由于切片本身存在制作难、无法复制、易褪色等特点，难以长久保存。 现在，随着科技的发展，切片组织的数字化技术可以把切片组织图像完整地保存到电脑 中，解决了切片组织复制和保持的问题。但是，在切片组织采集中，由于切片本身具有一定的厚度，并且整张切片的厚度呈 现不均匀分布。现有的切片采集技术，仅限于分区域对焦采集和三维采集，对区域内不 同焦平面上的切片特征无法做到真实清晰重现。本专利技术将图像融合技术与三维采集相结 合，使这一问题得到了解决。
技术实现思路
为解决由于切片组织组织厚薄不均而无法得到清晰的组织图像的问题。需要在对切 片组织分块对焦采集的基础上，加入三维分层采集以及多层图像融合。即在相同的成像 条件下，镜头聚焦相同组织区域的不同层上的多个图像，通过图像融合可得到这个组织 区域内所有目标都聚焦清晰后的图像。在本专利技术中，所述层的含义如下切片组织中的 组织尽管很薄，也是三维立体的，在不同的水平面(焦平面)上的图像并不一样。每个 焦平面即为一层。本专利技术公开了一种切片组织的三维分层采集及图像融合方法，所述方法包括以下步骤(1) 对于切片组织组织的一个任一选定区域，该区域是指医生或操作者根据需要 可任意选定，在图像处理中，这个区域被称作"感兴趣区域"(ROI， Region of Interest), 切片图像采集设备在初始焦平面的位置上，采集当前层上的切片组织图像数据并保存；(2) 以上述初始焦平面位置为基准，在切片组织组织厚度范围内向上或向下移动 切片，每移动设定距离，就采集该层上的图像数据并保存，直到设置的移动上下限时， 停止该特定区域的切片图像采集；所述切片组织组织是立体的、三维的，立体的切片组 织组织图像可以分解成一层一层的不同焦平面上的图像。(3)进行多层图像融合，将上述多幅不同焦距下所采集的图像中各自最清晰的部分融 合到一幅图像中，从而形成清晰度最佳的图像。所述多层图像融合也可以通过不保存每 层的图像，边采集图像边融合的方式实现。在进行多层图像融合时，在将多层切片图像分割成若干区域的基础上，对每个区域 求取其局部对比度来反映图像聚焦清晰区域与模糊区域之间的差异。利用每块区域局部 对比度将整个图像划分成清晰区域和模糊区域，再将清晰区域与模糊区域相邻的所有块 区域划为边界区域，在本专利技术中，以由于图像融合而产生的边缘点为中心，上下左右三 个像素范围内的区域定义为边界区域。得到图像的三个不同区域划分。对于清晰区域和 模糊区域，直接选取清晰区域作为融合后的相应块区域，对于边界区域，采用插值处理。 融合后，图像质量得到大幅度提高。对于后续的病理检测具备重要的实用价值。切片组织图像采集中，对精度要求很高。即使对于一块指定的区域，不同焦平面上， 采集的图像也不相同。就像传统的显微镜观察时，医生需要调整物镜的位置，来看清楚 一个切片组织的重点区域一样；在自动化的切片图像采集中，也需要模拟重现这个过程， 才能够将切片组织的特征真实地重现在数字图像中。这样以来，医生就可以通过在电脑 上浏览数字图像，为患者诊断病情，省时、省力、高效。同时，也减少了疏忽大意造成 的遗漏。附图说明图l是本专利技术定义的切片图像采集处理流程图2是本专利技术定义的图像融合处理流程图3是两幅图像融合样例；图4是融合图像的边缘区域处理示意图5是未加入三维图像采集和图像融合时的切片图像；图6是加入三维图像采集和图像融合后的切片图像；图7是图像融合效果对比图。具体实施方案下面根据说明书附图并结合优选实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。本实例选用的计算机系统为普通的PC系统，操作系统为Windows XP HOME版。但 是，本领域的技术人员将理解本专利技术的精神和范围不限于任何一种计算机机型和操作系 统，以及特定的通讯协议。本实例选用的切片图像采集设备为技术专利ZL200620139251.9中介绍的切片 组织采集系统。该设备可以将显微镜下可观察的切片上的组织图像通过高分辨率的CCD 工业相机传给PC，并可在PC上观察或者保存为图像格式的文件。在此给出的实施例和示例用以说明本专利技术和它的实际应用，并且因此使得本领域的 技术人员能够做出和使用本专利技术。但这仅仅是一个简单的示例，实际上对本专利技术的具体 应用还可以根据实际不同的情况加以改进。本实例的实现过程包括切片组织图像的三维分层图像采集和图像融合两个部分。图 1所示为切片组织图像采集处理流程图，下面根据图1对本专利技术的切片图像采集流程做 一个简单描述。对于切片组织的一个特定区域，首先根据初始焦平面的位置，采集当前层上的切片 图像数据；然后，以此位置为基准，在切片厚度范围内向上\向下移动切片，每移动一 定步长(通常是切片组织厚度的1/10左右，本专利技术适用于任何厚度的切片，在本实施 例中切片组织的厚度通常在2~3pm级，切片与物镜之间距离的改变是通过电机驱动机 械传动实现的，步长、即一个脉冲对应的距离在0.2 0.3^1111级，大约是切片组织厚度的 十分之一)，就停止移动并采集该层上的图像；当基准位置(也就是初始焦平面位置)， 即焦平面A位置的上下步长处的图像采集完毕后，步长加l，继续移动并采集图像；当 步长超过预先设定的移动上下限时，停止图像采集，图像采集完成。优选地，所述预先 设定的移动上下限为切片最大厚度值或最小厚度值的一半；在实际操作中，切片组织一 次移动一个脉冲的距离。切片组织先由初始焦平面的位置向上移动，每次移动一个脉冲 的距离，并采集该焦平面的图像，移动五次；回到初始焦平面的位置；向下移动，每次 移动一个脉冲的距离，并采集该焦平面的图像，移动五次。)移动切片到指定位置(101):在本实例系统工作之前，用户需要自己手动将需要采集的切片放置到切片架上。切 片架可以取出，以方便用户放置切片。本系统支持的切片类型为标准切片HE, Immunity, ISH, Frozen 。移动切片是通过电机控制来移动的，本系统的移动精度很高，可达到l微米以内，由于该系统不是本
技术实现思路
的重点，因此不再详细描述。流程图后面的移动切片到新的 位置均是指利用电机控制系统来进行移动。 计算初始焦平面位置A (102):使用CCD相机连续采集多层切片图像，通过比较每层图像的清晰度，选择清晰度最 高的那一层作为初始焦平面位置。本专利技术中，称此位置为焦平面A。这个问题实际上是图像清晰度度量问题。对一幅图像来说，如果上面的目标边缘(在 本专利技术中，所述目标边缘指的是切片组织组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切片组织的三维图像采集及多层图像融合方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：　（１）对于切片组织的一个任一选定区域，切片图像采集设备在初始焦平面上，采集当前层上的切片图像数据并保存；　（２）以上述初始焦平面为基准，通过在切片 组织厚度范围内向上或向下移动切片或镜头来改变焦平面，每移动设定距离，就采集该切片层上的图像数据并保存，当向上或向下移动达到预先设置的移动上下限时，停止该选定区域的三维图像采集；　（３）进行多层图像融合，结合上述多幅不同焦平面上采集的图 像的清晰度，将清晰度高的部分融合到一幅图像中，从而形成最佳的融合图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑众喜，刘明星，韩隽，
申请(专利权)人：北京优纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]