CN101710417B - 一种染色体图像处理方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种染色体图像处理方法及其系统，该方法包括以下步骤：根据染色体的原图像，创建复制图像；将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转，直到最大的旋转角度等于或大于180度，记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离，以及对应的旋转次数；根据水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值时对应的旋转次数，计算对应的旋转角度；根据所述旋转角度，以及所述复制图像中染色体的着丝点的位置，将所述原图像中的染色体旋转至目标位置。本发明的染色体图像处理方法及其系统对染色体的图像处理速度较快。
Description
技术领域
本发明涉及一种染色体图像处理方法，本发明还涉及一种染色体图像处理系统。
背景技术
不同物种的染色体都有各自特定的形态结构(包括染色体的长度、着丝点位置、臂比、随体大小等)特征，而且这种形态特征是相对稳定的。染色体核型分析是分析生物体细胞内染色体的长度、着丝点位置、臂比、随体大小等特征，其分析以体细胞分裂中期染色体为研究对象。
基于图像处理的染色体自动核型分析可以提高分析判断的准确度，并可方便地将图像储存和处理，其主要是通过对记载染色体特征的图像进行图像处理，然后再将图像中的染色体的特征与标准染色体模型结合对比分析。通常在进行染色体对比分析时，需要将图像中的染色体旋转成竖直设置，以便统一对染色体的特征进行对比分析。现有技术的染色体处理技术通常通过计算染色体的质心、惯性主轴来计算染色体的旋转角度，使染色体竖直设置。但染色体的质心和惯性主轴的计算都必须通过大量运算实现，因此现有技术的染色体处理技术处理速度较慢。
发明内容
为解决现有技术染色体图像处理方法的运算量较大，处理速度较慢的问题，本发明提供一种运算量较小，处理速度较快的染色体图像处理方法。
一种染色体图像处理方法，其包括以下步骤：根据染色体的原图像，创建复制图像；将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转，直到最大的旋转角度等于或大于180度，记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离，以及对应的旋转次数。根据水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值时对应的旋转次数，根据以下公式计算对应的旋转角度：
A＝a×n
其中，A为所述旋转角度，a为所述角度间隔，n为所述水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值时对应的旋转次数；
根据所述旋转角度，以及所述复制图像中染色体的着丝点的位置，将所述原图像中的染色体旋转至目标位置
如果检测所述复制图像中染色体的着丝点的位置在所述染色体从上到下小于二分一长度处，则将所述原图像旋转至从初始位置向所述同一方向旋转A度的位置；
如果检测所述着丝点的位置在所述染色体从上到下大于二分一长度处，则将所述原图像旋转至从初始位置向所述同一方向旋转(A+180)度的位置。
与现有技术相比较，本发明提供的染色体图像处理方法中，创建染色体的原图像的复制图像，将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转。因为当所述复制图像中的染色体竖直设置时，所述复制图像中的染色体水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小。因此通过记录所述染色体的旋转次数，计算所述染色体从初始位置旋转至竖直位置的旋转角度，再根据所述旋转角度对所述原图像做旋转处理，将所述原图像中的染色体旋转至目标位置，以方便进行染色体对比分析。因为其运算量相对较小，所以处理速度较快。同时，通过旋转所述复制图像中的染色体，获得原图像中的染色体对应的旋转角度，再对所述原图像做旋转处理，则只需要对所述原图像进行一次旋转处理，减少图像旋转处理给所述原图像的图像质量带来的影响，保留原图像原有的清晰度。
为解决现有技术染色体图像处理系统的运算量较大，处理速度较慢的问题，本发明提供一种运算量较小，处理速度较快的染色体图像处理系统。
所述染色体图像处理系统包括一个复制图像生成模块、一个复制图像旋转模块、一个旋转角度计算模块和一个原图像旋转模块。所述复制图像生成模块用于根据染色体的原图像，创建复制图像。所述复制图像旋转模块用于将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转，直到最大的旋转角度等于或大于180度，记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离，以及对应的旋转次数。所述旋转角度计算模块用于根据水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值时对应的旋转次数，根据以下公式计算对应旋转角度：
A＝a×n
其中，A为所述旋转角度，a为所述角度间隔，n为所述水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值时对应的旋转次数；
所述原图像旋转模块用于根据所述旋转角度，以及所述复制图像中染色体的着丝点的位置，将所述原图像中的染色体旋转至目标位置；如果检测所述复制图像中染色体的着丝点的位置在所述染色体从上到下小于二分一长度处，则将所述原图像旋转至从初始位置向所述同一方向旋转A度的位置；如果检测所述着丝点的位置在所述染色体从上到下大于二分一长度处，则将所述原图像旋转至从初始位置向所述同一方向旋转(A+180)度的位置。
与现有技术相比较，本发明提供的染色体图像处理系统中，所述复制图像生成模块创建染色体的原图像的复制图像。所述复制图像旋转模块将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转。因为当所述复制图像中的染色体竖直设置时，所述复制图像中的染色体水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小。因此所述旋转角度计算模块通过记录所述染色体的旋转次数，计算所述染色体从初始位置旋转至竖直位置的旋转角度。所述原图像旋转模块再根据所述旋转角度对所述原图像做旋转处理，将所述原图像中的染色体旋转至目标位置，以方便进行染色体对比分析。因为其运算量相对较小，所以处理速度较快。同时，通过旋转所述复制图像中的染色体，获得原图像中的染色体对应的旋转角度，再对所述原图像做旋转处理，则只需要对所述原图像进行一次旋转处理，减少图像旋转处理给所述原图像的图像质量带来的影响，保留原图像原有的清晰度。
附图说明
图1是本发明染色体处理方法的流程图；
图2至图8是应用本发明的染色体处理方法处理的染色体图像的原理示意图；
图9是本发明染色体图像处理系统的结构示意图；
图10为本发明染色体图像处理系统的复制图像旋转模块一种优选实施方式的结构示意图。
其中，201、301、401复制图像中染色体的外接矩形；
701着丝点；
20染色体图像处理系统；
211复制图像生成模块；
213复制图像旋转模块；
302图像剪切子模块；
303图像复制子模块；
305图像旋转子模块；
215旋转角度计算模块；
217原图像旋转模块。
具体实施方式
本发明提供的染色体处理方法中，首先根据记载染色体的原图像创建一幅复制图像，然后将所述复制图像中的染色体以固定并且较小的角度间隔向同一方向依次旋转，直到最大的旋转角度等于或大于180度，并对所述染色体每次旋转后的旋转次数进行计数。由于最大的旋转角度超过180度，所以在所述旋转过程中，所述复制图像中的染色体会在某一时刻变成竖直设置。根据染色体竖直设置时的图像特征，记录对应的旋转次数，计算需要旋转角度。再判断竖直设置时的染色体的短臂和长臂的位置，将所述原图像向所述同一方向旋转一个所述旋转角度或者所述旋转角度再加180度，即可使所述原图像中的染色体也变成竖直设置。或者根据实际的需要，也可以不旋转至竖直位置，而旋转至其他的目标位置，以满足不同的对比分析需要。完成本发明的染色体处理后，即可以将所述原图像中的染色体与标准的染色体模型进行对比分析。
请参阅图1，图1是本发明染色体处理方法的流程图。
请一并参阅图2至图8，图2至图8是应用本发明的染色体处理方法处理染色体图像的示意图。
所述染色体处理方法的流程开始于步骤S101。
然后，在步骤S102中，根据染色体的原图像，创建复制图像。
所述原图像中只记载一个染色体，如图2所示。一个人的正常染色体一共有23对，即46个，可分别对每个染色体执行本发明的染色体处理方法，对每一个染色体的原图像都创建一幅对应的复制图像，然后对各个复制图像独立进行图像处理。
在本步骤中，获得所述复制图像之后，可以进一步对所述复制图像执行一个图像预处理步骤，所述图像预处理步骤包括对所述复制图像进行图像二值化处理，即将所述复制图像设置为只具有黑白两色的图像。为了方便观察，本实施方式中，将所述染色体用黑色像素表示，而所述复制图像的其余部分用白色像素表示。
在步骤S104中，将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转，直到最大的旋转角度等于或大于180度，记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离，以及对应的旋转次数。
在本步骤中，所述角度间隔设置的取值范围以大于0度并小于10度为佳。在本实施方式中，所述固定的角度间隔设置为3度。则，每次旋转都间隔3度，完成共计180度的旋转需要旋转60次。向所述同一方向旋转即所述复制图像中的染色体多次旋转都向同一方向(顺时针或者逆时针)。
在所述染色体每一次旋转后，都对所述染色体的旋转次数进行计数并记录，并且记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离。假设横坐标轴平行于水平方向，纵坐标轴平行于竖直方向，则所述水平距离为：所述染色体的所有像素点中，具有最大横坐标和具有最小横坐标的像素点的横坐标的差值。
在进行本步骤时，可以通过多种方式实现所述复制图像中的染色体旋转，其中一种实现方式为：直接将所述复制图像以所述角度间隔向所述同一方向多次旋转，使其中的所述染色体也一起旋转。
在所述复制图像每一次旋转后，都对其中的所述染色体的旋转次数进行计数并记录，并且记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离。
另一种实现所述复制图像中的染色体旋转的方式为：以所述复制图像中的染色体的外接矩形为边界对所述复制图像进行剪切，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向；将以所述外接矩形为边界的图像以所述角度间隔依次向所述同一方向旋转，直到最大的旋转角度等于或超过180度。
假设水平方向为横坐标轴的方向，竖直方向为纵坐标轴的方向。则在所述复制图像中的染色体作第一次旋转前，首先通过扫描，找到所述染色体中的具有最小横坐标的像素点A(x1，y1)、具有最大横坐标的像素点B(x2，y2)、具有最小纵坐标的像素点C(x3，y3)以及具有最大纵坐标的像素点D(x4，y4)，分别经过所述四个像素点形成所述染色体的外接矩形，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向，如图3所示。以所述外接矩形为边界对所述复制图像进行剪切，并将剪切的矩形图像向所述同一方向多次旋转，每次旋转3度。
通过对所述复制图像进行剪切，只对剪切的部分图像进行图像旋转处理，使得作旋转处理的图像信息量大大减少，节省运算数据量和处理时间，使所述染色体处理方法的处理速度进一步提高。
在所述染色体每一次旋转后，都对所述染色体的旋转次数进行计数并记录，并且记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离L0。
第三种实现所述染色体旋转的方式为：在每一次所述复制图像中的染色体旋转时，都以所述染色体的外接矩形为边界对所述复制图像进行剪切，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向，并且都将以所述外接矩形为边界的图像向所述同一方向旋转一个所述角度间隔。
在所述复制图像中的染色体作第一次旋转前，首先通过扫描，找到所述染色体中的具有最小横坐标的像素点、具有最大横坐标的像素点、具有最小纵坐标的像素点以及具有最大纵坐标的像素点，分别经过所述四个像素点形成所述染色体的外接矩形201，其中，所述外接矩形201的其中两边平行于竖直方向，并以所述外接矩形201为边界对所述复制图像进行剪切，然后将所述剪切后的矩形图像向所述同一方向旋转3度，如图4所示。
然后，再次通过扫描找到所述复制图像中的染色体所有像素中具有最小横坐标的像素点、具有最大横坐标的像素点、具有最小纵坐标的像素点以及具有最大纵坐标的像素点，分别经过所述四个像素点形成所述染色体的外接矩形301，其中，所述外接矩形301的其中两边平行于竖直方向，并以所述外接矩形301为边界再次对所述复制图像进行剪切，并将剪切的矩形图像再向所述同一方向旋转3度。即在完成上述第二次旋转之后，以所述外接矩形201为边界的图像相对于初始位置倾斜6度，如图5所示。
记录所述染色体旋转至不同角度后，其对应旋转的次数，以及所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离L1、L2。
不断重复上述操作直到旋转次数达到60次或以上，即旋转角度总计等于或大于180度，即可停止图像剪切和旋转。
通过在所述复制图像中的染色体每一次旋转前对所述复制图像进行剪切，可以使得作旋转处理的图像信息量减少，同时，避免因为多次旋转同一幅图像使得图像旋转处理的图像信息越来越大，降低运算数据量和处理时间，提高所述染色体处理系统的处理速度。
第四种实现所述复制图像中的染色体旋转的方式为：根据所述复制图像创建N幅次复制图像，然后分别将所述N幅次复制图像依次向所述同一方向旋转所述角度间隔的1、2......N倍，其中，N为正整数，所述角度间隔的N倍大于或等于180度。
根据所述复制图像创建N幅次复制图像，将第一幅所述次复制图像向所述同一方向旋转3度；然后第二幅所述次复制图像向所述同一方向旋转6度......将第60幅次复制图像向所述同一方向旋转180度，当所述角度间隔的N倍大于或等于180度时，即旋转角度总计大于或等于180度，可以停止复制及旋转图像。
记录所述次复制图像中的染色体旋转至不同角度后，其对应旋转的次数N，以及所述次复制图像中的染色体旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离。
通过创建多幅复制图像，每次都对新的复制图像做图像旋转处理，可减少多次对同一幅图像进行旋转处理带来的图像质量问题，也不会因为多次旋转同一幅图像使得图像作旋转处理部分的信息越来越大，增加后续步骤的扫描时间以及运算量。
上述第四种实现方式也可与第二、第三种实现方式结合，即在创建所述次复制图像之前可以先对所述复制图像进行剪切，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向，根据所述剪切的矩形图像，创建多幅所述次复制图像，并将所述多幅复制图像依次向所述同一方向旋转所述角度间隔的1、2......N倍，如图6所示。则所述次复制图像的数据量将会大大减小，同时达到两种实现方式的优点，既可以减少运算数据量，提高处理速度，也可以减少多次对同一幅图像进行旋转处理带来对图像质量的影响。
在步骤S106中，根据水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值时对应的旋转次数，计算对应的旋转角度。
如图7所示，当所述复制图像旋转至一定的角度使其中的所述染色体竖直设置时，所述染色体的所有像素点中，水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值，即Lmin，即具有最大横坐标的像素点与具有最小横坐标的像素点的横坐标的差值达到最小值。
因此，在本步骤中查找步骤S104中记录的所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离，如上述的L0、L1和L2。查找所述水平距离达到最小，即Lmin时，其对应的所述复制图像中的染色体的旋转次数，根据以下公式计算对应的旋转角度：
A＝a×n
其中，A为所述旋转角度，a为所述角度间隔，n为所述水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小时对应的旋转次数。
所述旋转角度即为所述染色体从初始位置旋转至竖直位置的角度。
在步骤S108中，根据所述旋转角度，以及所述复制图像中染色体的着丝点的位置，将所述原图像中的染色体旋转至目标位置。
将所述复制图像按照所述旋转角度旋转后，所述染色体变成竖直设置，然而所述染色体竖直设置分为两种可能的情况：所述染色体的短臂在上方，长臂在下方；或者短臂在下方，长臂在上方，上述两种情况可以通过染色体的着丝点的位置来确定。为了统一进行染色体对比分析时的染色体的设置方向与标准的染色体图像模型一致，使所述染色体竖直设置时其短臂统一在长臂的上方。
如图7、图8所示，为确定所述复制图像中的染色体旋转后短臂和长臂的位置，需要确定所述染色体的着丝点701的位置。由于通常的染色体图像为哑铃状，着丝点表示为图像中间的收窄至最窄的部分。因此在本实施方式中，逐行扫描组成所述复制图像中的所述染色体的像素；排除所述染色体的上下两端处的若干行像素后，检测所述染色体的每一行像素的个数，找出具有最少像素的行，若所述具有最少像素的行的位置为所述染色体的长度H从上到下小于二分一处，则判断所述着丝点701的位置在所述染色体长度的上半部，亦即所述染色体的短臂在长臂上方；若所述有最少像素的行的位置为所述染色体的长度H从上到下大于二分一处，则判断所述着丝点701的位置在所述染色体长度的下半部，亦即所述染色体的短臂在长臂下方。
因为所述染色体中的着丝点不可能出现在所述染色体的上下两端处，所以扫描时可以先排除所述染色体的上下两端处的若干行像素。本实施方式中，先排除所述染色体的上下两端5％长度的若干行像素，即从所述复制图像中的染色体总长度的5％的位置开始逐行扫描，扫描到剩下所述复制图像中的染色体总长度的5％的位置时结束扫描。如此可避免扫描到所述复制图像中的染色体的上下两端图案变窄而误判所述上下两端处为着丝点。
假设所述旋转角度为A度，则当所述复制图像中的染色体向所述同一方向旋转A度后，所述染色体的短臂在长臂上方时，将所述原图像旋转至从初始位置向所述同一方向旋转A度的位置，即旋转(A+360×M)度，或者反方向旋转(360-A+360×M)度的角度，其中，M为0或正整数；当所述复制图像向所述同一方向旋转A度后，所述染色体的短臂在长臂在下方时，将所述原图像旋转至从初始位置向所述同一方向旋转(A+180)度的位置，即旋转(A+180+360×M)度，或者反方向旋转(180-A+360×M)度的角度，其中，M为0或正整数。
在本步骤中，因为其初始位置与竖直方向的夹角(即所述旋转角度)已知，也可以根据实际需要，将所述原图像中的染色体旋转至竖直位置之外的其他预设位置。
本发明的染色体处理方法的流程结束于步骤S110。
完成本发明的染色体处理方法之后，所述原图像中的染色体呈竖直设置，并且原图像中的染色体短臂在长臂上方，可以方便地进行染色体的对比分析。
与现有技术相比较，本发明提供的染色体处理方法中，创建染色体的原图像的复制图像，将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转。因为当所述复制图像中的染色体竖直设置时，所述复制图像中的染色体水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小。因此通过记录所述染色体的旋转次数，计算所述染色体从初始位置旋转至竖直位置的旋转角度，再根据所述旋转角度对所述原图像做旋转处理，将所述原图像中的染色体旋转至目标位置，以方便进行染色体对比分析。因为其运算量相对较小，所以处理速度较快。同时，通过旋转所述复制图像中的染色体，获得原图像中的染色体对应的旋转角度，再对所述原图像做旋转处理，则只需要对所述原图像进行一次旋转处理，减少图像旋转处理给所述原图像的图像质量带来的影响，保留原图像原有的清晰度。
请参阅图9，图9是本发明染色体图像处理系统的结构示意图。
所述染色体图像处理系统20包括一个复制图像生成模块211、一个复制图像旋转模块213和一个旋转角度计算模块215和一个原图像旋转模块217。
所述复制图像生成模块211用于根据染色体的原图像，创建复制图像。
所述原图像中只记载一个染色体。一个人的正常染色体一共有23对，即46个，应用本发明的染色体图像处理系统20可分别对每一个染色体的原图像都创建一幅对应的复制图像，然后对各个复制图像独立进行图像处理。
所述复制图像生成模块211创建所述复制图像之后，可以进一步对所述复制图像执行图像预处理。所述复制图像生成模块211执行的图像预处理包括对所述复制图像进行图像二值化处理，即将所述复制图像设置为只具有黑白两色的图像。为了方便观察，本实施方式中，所述复制图像生成模块211将所述染色体用黑色像素表示，而所述复制图像的其余部分用白色像素表示。
所述复制图像旋转模块213用于将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转，直到最大的旋转角度等于或大于180度，记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离，以及对应的旋转次数。
所述复制图像旋转模块213中，所述角度间隔设置的取值范围以大于0度并小于10度为佳。在本实施方式中，所述复制图像旋转模块213将所述固定的角度间隔设置为3度。则，所述复制图像旋转模块213将所述复制图像中的染色体每次旋转3度，完成共计180度的旋转需要旋转60次，所述同一方向即所述复制图像中的染色体多次旋转都向同一方向(顺时针或者逆时针)旋转。
所述复制图像旋转模块213在所述染色体每一次旋转后，都对所述染色体的旋转次数进行计数并记录，并且记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离。假设横坐标轴平行于水平方向，纵坐标轴平行于竖直方向，则所述水平距离为：所述染色体的所有像素点中，具有最大横坐标和具有最小横坐标的像素点的横坐标的差值。
所述复制图像旋转模块213可以通过多种方式实现所述复制图像中的染色体旋转，其中一种实现方式为：所述复制图像旋转模块213直接将所述复制图像以所述角度间隔向所述同一方向多次旋转，使其中的所述染色体也一起旋转。在所述复制图像每一次旋转后，所述复制图像旋转模块213都对其中的所述染色体的旋转次数进行计数并记录，并且记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离。
所述复制图像旋转模块213中，另一种实现所述复制图像中的染色体旋转的方式为：所述复制图像旋转模块213以所述复制图像中的染色体的外接矩形为边界对所述复制图像进行剪切，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向，并将以所述外接矩形为边界的图像以所述角度间隔向所述同一方向多次旋转，直到旋转角度总计等于或超过180度。
假设水平方向为横坐标轴的方向，竖直方向为纵坐标轴的方向。则所述复制图像旋转模块213在所述复制图像中的染色体作第一次旋转前，首先对所述复制图像中的染色体进行扫描，找到所述染色体中的具有最小横坐标的像素点、具有最大横坐标的像素点、具有最小纵坐标的像素点以及具有最大纵坐标的像素点，分别经过所述四个像素点形成所述染色体的外接矩形，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向。然后所述复制图像旋转模块213以所述外接矩形为边界对所述复制图像进行剪切，并将剪切的矩形图像向所述同一方向多次旋转，每次旋转3度。
通过所述复制图像旋转模块213对所述复制图像进行剪切，只对剪切的部分图像进行图像旋转处理，使得所述复制图像旋转模块213中作旋转处理的图像信息量大大减少，节省运算数据量和处理时间，使所述染色体图像处理系统的处理速度进一步提高。
所述复制图像旋转模块213在所述染色体每一次旋转后，对所述染色体的旋转次数进行计数并记录，并且记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离。
所述复制图像旋转模块213中，第三种实现所述染色体旋转的方式为：所述复制图像旋转模块213在每一次所述复制图像中的染色体旋转时，都以所述染色体的外接矩形为边界对所述复制图像进行剪切，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向，并且都将以所述外接矩形为边界的图像向所述同一方向旋转一个所述角度间隔。
所述复制图像旋转模块213在所述复制图像中的染色体作第一次旋转前，首先通过扫描找到所述染色体中的具有最小横坐标的像素点、具有最大横坐标的像素点、具有最小纵坐标的像素点以及具有最大纵坐标的像素点，分别经过所述四个像素点形成所述染色体的外接矩形，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向，并以所述外接矩形为边界对所述复制图像进行剪切，然后将所述剪切后的矩形图像向所述同一方向旋转3度。
然后，所述复制图像旋转模块213再次通过扫描找到所述复制图像中的染色体作第一次旋转之后，其所有像素中具有最小横坐标的像素点、具有最大横坐标的像素点、具有最小纵坐标的像素点以及具有最大纵坐标的像素点，并分别经过所述四个像素点形成所述染色体的外接矩形，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向，然后再以所述外接矩形为边界再次对上述复制图像进行剪切，并将剪切的矩形图像再向所述同一方向旋转3度。即在所述复制图像旋转模块213完成上述第二次旋转之后，以所述外接矩形为边界的图像相对于初始位置旋转了6度。
所述复制图像旋转模块213记录所述染色体旋转至不同角度后，其对应旋转的次数，以及所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离。
所述复制图像旋转模块213中不断重复上述操作直到旋转次数达到60次或以上，即旋转角度总计等于或大于180度，即可停止图像剪切和旋转。
通过所述复制图像旋转模块213在所述复制图像中的染色体每一次旋转前对所述复制图像进行剪切，可以使得作旋转处理的图像信息量减少，同时，避免因为多次旋转同一幅图像使得图像旋转处理的图像信息越来越大，降低运算数据量和处理时间，提高所述染色体图像处理系统20的处理速度。
所述复制图像旋转模块213中，第四种实现所述复制图像中的染色体旋转的方式为：根据所述复制图像创建N幅次复制图像，然后分别将所述N幅次复制图像依次向所述同一方向旋转所述角度间隔的1、2......N倍，其中，N为正整数，所述角度间隔的N倍大于或等于180度。
所述复制图像旋转模块213根据所述复制图像创建N幅次复制图像，将第一幅所述次复制图像向所述同一方向旋转3度；然后第二幅所述次复制图像向所述同一方向旋转6度......将第60幅次复制图像向所述同一方向旋转180度，当所述角度间隔的N倍大于或等于180度时，即旋转角度总计大于或等于180度，可以停止复制及旋转图像。
所述复制图像旋转模块213记录所述次复制图像中的染色体旋转至不同角度后，其对应旋转的次数N，以及所述次复制图像中的染色体旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离。
所述复制图像旋转模块213通过创建多幅复制图像，每次都对新的复制图像做图像旋转处理，可减少多次对同一幅图像进行旋转处理带来的图像质量问题，也不会因为多次旋转同一幅图像使得图像作旋转处理部分的信息越来越大，增加后续步骤的扫描时间以及运算量。
在所述复制图像旋转模块213中，可以将上述第四种实现所述复制图像中的染色体旋转的方式与第二、第三种实现方式结合。
请参阅图10，图10为本发明染色体图像处理系统的复制图像旋转模块一种优选实施方式的结构示意图。
所述复制图像旋转模块213包括一个图像剪切子模块302、一个图像复制子模块303和一个图像旋转子模块305。
所述图像剪切子模块302用于根据所述复制图像中的染色体的外接矩形边界对所述复制图像进行剪切，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向。
所述图像复制子模块303用于根据所述剪切的矩形图像，创建多幅所述次复制图像。
所述图像旋转子模块305用于将所述多幅复制图像分别依次向所述同一方向旋转所述角度间隔的1、2......N倍，其中，N为正整数，所述角度间隔的N倍大于或等于180度。
所述复制图像旋转模块213中，所述图像剪切子模块301先对所述复制图像进行剪切，则所述图像复制子模块301创建所述次复制图像时，复制对象的数据量将会大大减小，所述图像旋转子模块305中处理的数据量也会减小，既可以减少运算数据量，提高处理速度，也可以减少多次旋转同一幅图像对图像质量带来的影响。
所述旋转角度计算模块215用于根据水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值时对应的旋转次数，计算对应的旋转角度。
当所述复制图像旋转至一定的角度使其中的所述染色体竖直设置时，所述染色体的所有像素点中，水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值，即具有最大横坐标的像素点与具有最小横坐标的像素点的横坐标的差值达到最小值。
因此，在所述旋转角度计算模块215中查找所述复制图像旋转模块213中记录的所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离。查找所述水平距离达到最小时，其对应的所述复制图像中的染色体的旋转次数，根据以下公式计算对应的旋转角度：
A＝a×n
其中，A为所述旋转角度，a为所述角度间隔，n为所述水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小时对应的旋转次数。
所述旋转角度即为所述染色体从初始位置旋转至竖直位置的角度。
所述原图像旋转模块217用于根据所述旋转角度，以及所述复制图像中染色体的着丝点的位置，将所述原图像中的染色体旋转至目标位置。
所述原图像旋转模块217首先将所述复制图像按照所述旋转角度旋转，则所述染色体变成竖直设置。为了统一进行染色体对比分析时的染色体的设置方向与标准的染色体图像模型一致，所述原图像旋转模块217中，所述目标位置设置为所述染色体竖直设置，且其短臂在长臂的上方。
所述染色体的短臂是否在长臂的上方，可以通过染色体的着丝点的位置来确定。由于通常的染色体图像为哑铃状，着丝点表示为图像中间的收窄至最窄的部分。因此所述原图像旋转模块217逐行扫描组成所述复制图像中的所述染色体的像素；排除所述染色体的上下两端处的若干行像素后，检测所述染色体的每一行像素的个数，找出具有最少像素的行，若所述具有最少像素的行的位置为所述染色体的从上到下小于二分一长度处，则判断所述染色体的短臂在长臂上方；若所述有最少像素的行的位置为所述染色体从上到下大于二分一长度处，则判断所述染色体的短臂在长臂下方。
因为所述染色体中的着丝点不可能出现在所述染色体的上下两端处，因此所述原图像旋转模块217扫描时可以先排除所述染色体的上下两端处的若干行像素。本实施方式中，所述原图像旋转模块217先排除所述染色体的上下两端5％长度的若干行像素，即从所述复制图像中的染色体总长度的5％的位置开始逐行扫描，扫描到剩下所述复制图像中的染色体总长度的5％的位置时结束扫描。如此可避免扫描到所述复制图像中的染色体的上下两端图案变窄而误判所述上下两端处为着丝点。
假设所述旋转角度为A度，则当所述复制图像中的染色体向所述同一方向旋转A度后，所述染色体的短臂在长臂上方时，所述原图像旋转模块217将所述原图像旋转至从初始位置向所述同一方向旋转A度的位置，即旋转(A+360×M)度，或者反方向旋转(360-A+360×M)度的角度，其中，M为0或正整数；当所述复制图像向所述同一方向旋转A度后，所述染色体的短臂在长臂在下方时，所述原图像旋转模块217将所述原图像旋转至从初始位置向所述同一方向旋转(A+180)度的位置，即旋转(A+180+360×M)度，或者反方向旋转(180-A+360×M)度的角度，其中，M为0或正整数。
在所述原图像旋转模块217中，因为其初始位置与竖直方向的夹角(即所述旋转角度)已知，也可以根据实际需要，将所述原图像中的染色体旋转至竖直位置之外的其他预设位置。
利用本发明的染色体图像处理系统20完成染色体的图像处理之后，所述原图像中的染色体统一按预定方式设置，可以方便地进行染色体的对比分析。
与现有技术相比较，本发明的染色体图像处理系统中，所述复制图像生成模块创建染色体的原图像的复制图像。所述复制图像旋转模块将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转。因为当所述复制图像中的染色体竖直设置时，所述复制图像中的染色体水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小。因此所述旋转角度计算模块通过记录所述染色体的旋转次数，计算所述染色体从初始位置旋转至竖直位置的旋转角度。所述原图像旋转模块再根据所述旋转角度对所述原图像做旋转处理，将所述原图像中的染色体旋转至目标位置，以方便进行染色体对比分析。因为其运算量相对较小，所以处理速度较快。同时，通过旋转所述复制图像中的染色体，获得原图像中的染色体对应的旋转角度，再对所述原图像做旋转处理，则只需要对所述原图像进行一次旋转处理，减少图像旋转处理给所述原图像的图像质量带来的影响，保留原图像原有的清晰度。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.一种染色体图像处理方法，其特征在于包括以下步骤：
根据染色体的原图像，创建复制图像；
将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转，直到最大的旋转角度等于或大于180度，记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离，以及对应的旋转次数；
根据水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值时对应的旋转次数，根据以下公式计算对应的旋转角度：
A＝a×n
其中，A为所述旋转角度，a为所述角度间隔，n为所述水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值时对应的旋转次数；
根据所述旋转角度，以及所述复制图像中染色体的着丝点的位置，将所述原图像中的染色体旋转至目标位置；
如果检测所述复制图像中染色体的着丝点的位置在所述染色体从上到下小于二分一长度处，则将所述原图像旋转至从初始位置向所述同一方向旋转A度的位置；
如果检测所述着丝点的位置在所述染色体从上到下大于二分一长度处，则将所述原图像旋转至从初始位置向所述同一方向旋转(A+180)度的位置。
2.如权利要求1所述的染色体图像处理方法，其特征在于，将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转的步骤包括：
以所述复制图像中的染色体的外接矩形为边界对所述复制图像进行剪切，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向；
将以所述外接矩形为边界的图像以所述角度间隔向同一方向依次旋转。
3.如权利要求1所述的染色体图像处理方法，其特征在于，所述将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转的步骤包括：
在每一次所述复制图像中的染色体旋转时，都以所述染色体的外接矩形为边界对所述复制图像进行剪切，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向，并且都将以所述外接矩形为边界的图像向所述同一方向旋转一个所述角度间隔。
4.如权利要求1所述的染色体图像处理方法，其特征在于，所述将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转的步骤包括：
根据所述复制图像创建多个次复制图像，然后分别将所述多个次复制图像依次向所述同一方向旋转所述角度间隔的1、2......N倍，其中，N为正整数，所述角度间隔的N倍大于或等于180度。
5.一种染色体图像处理系统，其特征在于包括：
一个复制图像生成模块，用于根据染色体的原图像，创建复制图像；
一个复制图像旋转模块，用于将所述复制图像中的染色体以固定的角度间隔向同一方向依次旋转，直到最大的旋转角度等于或大于180度，记录所述复制图像中的染色体每次旋转后其在水平方向上相距最远的两个像素的水平距离，以及对应的旋转次数；
一个旋转角度计算模块，用于根据水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值时对应的旋转次数，根据以下公式计算对应旋转角度：
A＝a×n
其中，A为所述旋转角度，a为所述角度间隔，n为所述水平方向上相距最远的两个像素的水平距离达到最小值时对应的旋转次数；
一个原图像旋转模块，用于根据所述旋转角度，以及所述复制图像中染色体的着丝点的位置，将所述原图像中的染色体旋转至目标位置；如果检测所述复制图像中染色体的着丝点的位置在所述染色体从上到下小于二分一长度处，则将所述原图像旋转至从初始位置向所述同一方向旋转A度的位置；如果检测所述着丝点的位置在所述染色体从上到下大于二分一长度处，则将所述原图像旋转至从初始位置向所述同一方向旋转(A+180)度的位置。
6.如权利要求5所述的染色体图像处理系统，其特征在于，所述复制图像旋转模块包括一个图像剪切子模块、一个图像复制子模块和一个图像旋转子模块；
所述图像剪切子模块用于以所述复制图像中的染色体的外接矩形边界对所述复制图像进行剪切，其中，所述外接矩形的其中两边平行于竖直方向；
所述图像复制子模块用于根据所述剪切的矩形图像，创建多个次复制图像；
所述图像旋转子模块用于分别将所述多个次复制图像依次向所述同一方向旋转所述角度间隔的1、2......N倍，其中，N为正整数，所述角度间隔的N倍大于或等于180度。
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