基于姿态变换的显微镜图像处理系统技术方案

基于姿态变换的显微镜图像处理系统，包括图像预处理模块、特征筛选模块、姿态特征匹配模块、姿态变换分析模块和拼接位置追踪模块；分析待测样品相对于测量平台移动前后的旋转角度，根据旋转角度对测量平台放置角度进行旋转，并对测量平台与相机的相对位置进行追踪调整。本发明专利技术通过建立各特征像素点所对应的最小外接多边形，能够准确定位出待测样品相对于测量平台移动后所采集的显微图像中特征像素点在移动前所在的位置，并根据旋转角度对测量平台进行调整，能够对测量平台与相机的相对位置进行追踪调整，满足不同姿态变换下均能够准确定位调整至待测样品相对于测量平台移动前的拼接位置处，提高了移动前后大尺寸待测样品继续拼接的精度。续拼接的精度。续拼接的精度。

【技术实现步骤摘要】
基于姿态变换的显微镜图像处理系统


[0001]本专利技术属于显微镜图像处理
，涉及到基于姿态变换的显微镜图像处理系统。

技术介绍

[0002]显微镜图像拼接量程有限，量程受控制测量平台沿X轴和Y轴方向上移动的丝杠所决定，当待测样品的长度或宽度大于测量平台的量程时，因测量平台尺寸的限制，无法对大尺寸的待测样品进行图像采集及处理，无法拼接处待测样品大完整形貌图像，目前，对大尺寸的待测样品进行图像采集时，需不断手动调节待测样品相对于测量平台的位置，以满足图像采集及测量的需求，手动调节位置过程中，造成待测样品相对于测量平台移动前、后采集的图像的拼接质量差。
[0003]因待测样品的位置发生改变，使得待测样品移动前后的摆放角度、位置也随之发生改变，增加了待测样品相对于测量平台移动前、后像素点匹配的难度、拼接难度，存在无法快速且准确地获得到待测样品相对于测量平台移动后采集的显微图像在待测样品相对于测量平台移动前所拼接的图像中的位置，无法精准对移动前的拼接后显微图像进行继续拼接，导致移动前、后继续拼接效率低以及精度差。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了基于姿态变换的显微镜图像处理系统，解决了现有技术中存在的问题。
[0005]本专利技术在其一个应用方面中提供了基于姿态变换的显微镜图像处理系统，包括图像预处理模块、特征筛选模块、姿态特征匹配模块、姿态变换分析模块和拼接位置追踪模块；图像预处理模块获取显微图像中各像素点的灰度值，采用各像素点的周围像素点的灰度值对中心位置的像素点进行融合预处理，获得各像素点融合处理后的灰度值；特征筛选模块用于对经融合处理的待测样品相对于测量平台移动前、后的显微图像中的各像素点分别与周围各像素点的灰度值进行对比，得到像素点与周围像素点间的灰度值差值，筛选出特征像素点；姿态特征匹配模块采用灰度值匹配模式从拼接图像中筛选出与待测样品相对于测量平台移动后的显微图像中各特征像素点的灰度值的误差在允许的范围内的相似特征像素点集合，并基于各特征像素点的距离，分析出与待测样品相对于测量平台移动后的显微图像中任意两特征像素点的距离相匹配的相似特征像素点的位置坐标；姿态变换分析模块用于分析与待测样品相对于测量平台移动后显微图像中各特征像素点相匹配的待测样品相对于测量平台移动前拼接图像中的特征像素点位置坐标，基于姿态变换分析模型分析出两平面坐标系间的旋转量和平移量；拼接位置追踪模块，根据旋转角度对测量平台放置角度进行旋转，并对测量平台
与相机的相对位置进行追踪调整。
[0006]进一步地，采用各像素点的周围像素点的灰度值对中心位置的像素点进行融合，融合公式：，k为大于1的奇数，表示为位置坐标为（x，y）的像素点经图像融合处理后的灰度值，表示为位置坐标为（x，y）的像素点未经图像融合处理后的灰度值。
[0007]进一步地，各像素点与周围像素点间的灰度值差值的计算公式：，表示为经图像融合处理后的显微图像中（x
‑
2+i，y
‑
2+j）像素点的灰度值，为显微图像中（x，y）像素点与周围像素点的灰度值间的差值。
[0008]进一步地，待测样品相对于测量平台移动后采集的显微图像与待测样品相对于测量平台移动前拼接的图像间的匹配分析采用灰度值匹配模式，匹配方法，包括以下步骤：步骤1、提取由待测样品相对于测量平台移动前的各显微图像拼接后的各特征像素点的灰度值以及待测样品相对于测量平台移动后的各特征像素点的灰度值；步骤2、依次从待测样品相对于测量平台移动前中抽取与待测样品相对于测量平台移动后的第v个特征像素点间的灰度值间的误差在允许范围内的所有特征像素点，直至待测样品相对于测量平台移动后的D个特征像素点均抽取完成；步骤3、构建待测样品相对于测量平台移动后各特征像素点的最小外接多边形；步骤4、筛选出组成最小外接多边形的第1个和第d个特征像素点的灰度值在误差允许的范围内的相似特征像素点的位置集合中两相似特征像素点坐标间的距离与最小外接多边形中第1个和第d个特征像素点间的距离相等的相似特征像素点组的个数W；步骤5、判断相似特征像素点组的个数W是否满足W＞1，若W=1,则获取组成最小外接多边形的特征像素点在待测样品相对于测量平台移动前的拼接图像上所对应的特征像素点，若W＞1，则执行步骤6；步骤6、统计相似特征像素点组中任意一相似特征像素点与最小外接多边形中第d+1个特征像素点所对应的相似特征像素点的位置集合中相似特征像素点位置间的距离均等于两相似特征像素点的位置集合所对应的组成最小外接多边形的两特征像素点间的距离的个数W，并执行步骤5，直至W=1,获得组成最小外接多边形的所有特征像素点在待测样品相对于测量平台移动前的拼接图像上所对应的特征像素点。
[0009]进一步地，所述步骤3中所述最小外接多边形的构建方法，包括以下步骤：Q1、以待测样品相对于测量平台移动后的其中一特征像素点为起点，作为第1个边界像素点，分别计算与其他特征像素点的连线线段与显微图像x轴正方向间的夹角；Q2、筛选出夹角最小的特征像素点，作为下一边界像素点；Q3、以下一边界像素点为起点，判断下一边界像素点与第1边界像素点的连线线段间的夹角是否小于等于该下一边界像素点与其他特征像素点连线沿显微图像X轴正方向上的夹角的最小值，若大于夹角的最小值，重复执行步骤Q2，若小于该下一边界像素点与其他特征像素点连线沿显微图像X轴正方向上的夹角的最小值，执行步骤Q4；Q4、判断下一边界像素点是否与依次作为起点的边界像素点相重合。
[0010]进一步地，计算拼接图像中最小外接多边形内的各特征像素点间的距离之和是否在LD*（1
±
0.1%）的范围内；其中，，表示为待测样品相对于测量平台移动后的显微镜镜头采集的显微图像中各特征像素点间的距离之和，和分别表示为显微图像中第v和第u个特征像素点的位置坐标，D为待测样品相对于测量平台移动后的显微图像中特征像素点的个数。
[0011]进一步地，以待测样品相对于测量平台移动前的拼接图像建立第二平面坐标系，第二平面坐标系中拼接图像上各特征像素点的位置坐标，分析方法，包括：步骤1、获取待测样品相对于测量平台移动前组成拼接图像的各单帧显微图像左上角位置坐标（Sx，Sy）；步骤2、分析左上角的位置标记（Sx，Sy）显微图像上各特征像素点在该显微图像中的相对位置坐标；步骤3、步骤2中各特征像素点在第一平面坐标系下的绝对位置坐标（Xv,Yv），，，v=1,2,...,D；进一步地，建立同一关键像素点在待测样品相对于测量平台移动前所在的第一平面坐标系以及待测样品相对于测量平台移动前所在的第二平面坐标系下的位置坐标间的变换关联模型：，通过分别筛选至少3个特征像素点在第一平面坐标系和第二平面坐标系的位置坐标，计算出旋转角度、平移量和。
[0012]进一步地，对测量平台与相机的相对位置进行追踪调整，方法包括：步骤1、控制测量平台从转动角度，且旋转后的测量平台所在平面处于水平状态，使得放置在测量平台上的待测样品移动前、后在相机视野下的摆放角度保持不变；步骤2、提取第一平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于姿态变换的显微镜图像处理系统，其特征在于，包括图像预处理模块、特征筛选模块、姿态特征匹配模块、姿态变换分析模块和拼接位置追踪模块；图像预处理模块获取显微图像中各像素点的灰度值，采用各像素点的周围像素点的灰度值对中心位置的像素点进行融合预处理，获得各像素点融合处理后的灰度值；特征筛选模块用于对经融合处理的待测样品相对于测量平台移动前、后的显微图像中的各像素点分别与周围各像素点的灰度值进行对比，得到像素点与周围像素点间的灰度值差值，筛选出特征像素点；姿态特征匹配模块采用灰度值匹配模式从拼接图像中筛选出与待测样品相对于测量平台移动后的显微图像中各特征像素点的灰度值的误差在允许的范围内的相似特征像素点集合，并基于各特征像素点的距离，分析出与待测样品相对于测量平台移动后的显微图像中任意两特征像素点的距离相匹配的相似特征像素点的位置坐标；姿态变换分析模块用于分析与待测样品相对于测量平台移动后显微图像中各特征像素点相匹配的待测样品相对于测量平台移动前拼接图像中的特征像素点位置坐标，基于姿态变换分析模型分析出两平面坐标系间的旋转量和平移量；拼接位置追踪模块，根据旋转角度对测量平台放置角度进行旋转，并对测量平台与相机的相对位置进行追踪调整。2.根据权利要求1所述的基于姿态变换的显微镜图像处理系统，其特征在于，采用各像素点的周围像素点的灰度值对中心位置的像素点进行融合，融合公式：，k为大于1的奇数，表示为位置坐标为（x，y）的像素点经图像融合处理后的灰度值，表示为位置坐标为（x，y）的像素点未经图像融合处理后的灰度值。3.根据权利要求1所述的基于姿态变换的显微镜图像处理系统，其特征在于，各像素点与周围像素点间的灰度值差值的计算公式：，表示为经图像融合处理后的显微图像中（x
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2+i，y
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2+j）像素点的灰度值，为显微图像中（x，y）像素点与周围像素点的灰度值间的差值。4.根据权利要求1所述的基于姿态变换的显微镜图像处理系统，其特征在于，待测样品相对于测量平台移动后采集的显微图像与待测样品相对于测量平台移动前拼接的图像间的匹配分析采用灰度值匹配模式，匹配方法，包括以下步骤：步骤1、提取由待测样品相对于测量平台移动前的各显微图像拼接后的各特征像素点的灰度值以及待测样品相对于测量平台移动后的各特征像素点的灰度值；步骤2、依次从待测样品相对于测量平台移动前中抽取与待测样品相对于测量平台移动后的第v个特征像素点间的灰度值间的误差在允许范围内的所有特征像素点，直至待测样品相对于测量平台移动后的D个特征像素点均抽取完成；步骤3、构建待测样品相对于测量平台移动后各特征像素点的最小外接多边形；步骤4、筛选出组成最小外接多边形的第1个和第d个特征像素点的灰度值在误差允许的范围内的相似特征像素点的位置集合中两相似特征像素点坐标间的距离与最小外接多
边形中第1个和第d个特征像素点间的距离相等的相似特征像素点组的个数W；步骤5、判断相似特征像素点组的个数W是否满足W＞1，若W=1,则获取组成最小外接多边形的特征像素点在待测样品相对于测量平台移动前的拼接图像上所对应的特征像素点，若W＞1，则执行步骤6；步骤6、统计相似特征像素点组中任意一相似特征像素点与最小外接多边形中第d+1个特征像素点所对应的相似特征像素点的位置集合中相似特征像素点位置间的距离均等于两相似特征像素点的位置集合所对应的组成最小外接多边形的两特征像素点间的距离的个数W...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔远驰，陈凯旋，李呈武，李恒，韩烁，沈华，张萌，
申请(专利权)人：南京木木西里科技有限公司南京柔林智能制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：