CN102438107A - 一种显微视频图像的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显微视频图像的处理方法，尤其涉及数字显微图像的曝光处理方法，该方法针对光学显微数字图像系统光照不均匀的特点，根据亮度直方图确定曝光情况，进行曝光时间的调节；依据纯背景无切片背景图像绘制亮度增益曲线，得出亮度增益方程，利用方程计算出纯背景无切片背景图像亮度调整均匀时的亮度调整因子。再在相同条件下，利用亮度调整因子对切片图像相应像素点的亮度值进行调整，使得图像的亮度均匀。该方法能够精确地实现光学显微数字图像系统的视场图像的均匀性调整。

Description

一种显微视频图像的处理方法

技术领域

本发明涉及一种显微视频图像的处理方法。

背景技术

显微图像容易受到光照和系统光学畸变的影响，导致图像亮度的不均匀，影响了显微图像的分析。例如在生物医学图像中，需要测定神经纤维的长度，各种细胞颗粒的大小；在进行细胞诊断，特别是需要细胞识别时，需要得到定性和定量的结果。在完成这些工作时，由于图像亮度不均匀，制约了处理的精度。这就需要在显微成像时根据不同光照环境调节图像传感器的曝光量，使整幅图像的曝光适中，亮度均匀。

现有处理方法大致可以分为两类：一类是传统的曝光处理方法，这类方法使用简单的亮度分析技术，比如全局平均或者中央重点，适用于较为简单的普通光照的条件；比如基于查找表的曝光处理方法；另一类方法是现在的曝光处理方法，这类方法较传统曝光处理方法更为可靠，能够适用于更多复杂的光照条件，尤其能够对拍摄主题进行正确曝光，有效的避免了曝光不足或者曝光过度的情况。这类方法有：鲁棒性亮度测量法，图像分区的曝光处理方法，直方图方法等。两类方法大都是通过对图像整体的曝光进行调节而达到整幅图像亮度适中的目的。但是对于图像亮度不均匀特别是图像中心部分亮度强而四周亮度弱的显微图像，很难通过对整幅图像进行全局调整而达到理想的效果。

发明内容

本发明专利所要解决的技术问题是基于上述现有技术提供一种显微视频图像的处理方法，该方法能补偿各种光源或者摄像头曝光不足而形成的光学显微镜图像亮度不均匀问题及曝光问题，能在视频图像的采集过程中对显微视频图像的曝光时间进行动态调整。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该数字显微图像的曝光处理方法，其特征在于：包括

步骤一、视频图像的采集：显微镜的图像采集装置采集一帧视频图像；

步骤二、对视频图像曝光情况进行判断：根据采集的视频图像的灰度直方图来判断上述采集的视频图像曝光是否正常：视频图像的灰度直方图整体偏向灰度值为0的一侧，判断该视频图像曝光不足；视频图像的灰度直方图整体偏向灰度值为最大值的一侧，判断该视频图像曝光过度；视频图像的灰度直方图没有偏向任何一侧，均匀分布，判断该视频图像曝光正常；

步骤三、对下一帧视频图像采集时的曝光时间进行调整：当步骤二判断的结果为曝光不足时，在下一帧视频图像采集时增大曝光时间，返回步骤二，直到曝光情况正常；当步骤二判断的结果为曝光过度时，在下一帧视频图像采集时减小曝光时间，返回步骤二，直到曝光情况正常；当步骤二判断的结果为曝光正常时，保持当前的曝光时间进行下一帧视频图像的采集。

当采集的视频图像曝光情况正常的情况下，通过以下步骤对视频图像的亮度进行调整：

步骤1、对视频图像亮度是否均匀进行判断：根据视频图像的亮度曲面判断视频图像亮度是否均匀：视频图像的亮度曲面近似平面时，判读该视频图像的亮度为均匀，否则判断该视频图像的亮度不均匀；

步骤2、当视频图像的亮度为均匀时，直接显示该视频图像；当视频图像的亮度不均匀时，通过如下方式对视频图像的每个像素点的亮度进行调整：

将视频图像的每个像素点的亮度乘以与其相对应的背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子，得到亮度调整后的视频图像；

所述背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子通过以下方式获得：

步骤(1)、采集一帧数字显微镜在无切片情况下的曝光正常的背景视频图像，将该背景视频图像进行分块处理，分为N*N块；

步骤(2)、对所述背景视频图像的每一小块图像进行扫描求得该块图像的平均亮度

步骤(3)、取分块处理后的背景视频图像的中间n*n块的亮度均值

为参考亮度，进行亮度调整因子的计算，计算公式如下：

$\mathrm{Gain}{\left(I\right)}^{\′}=\frac{\stackrel{\‾}{p}}{\stackrel{\‾}{I}}$

其中Gain(I)′为背景视频图像中每块图像的亮度调整因子，n＜N；

步骤(4)、将背景视频图像中每块图像的亮度调整因子Gain(I)′进行去噪处理，以背景视频图像中每块图像的亮度调整因子Gain(I)′为纵坐标，背景视频图像中每块图像的平均亮度值

为横坐标，去掉背景视频图像中每块图像的亮度调整因子中的过大和过小的值，绘制一条曲线，该条曲线即为亮度增益曲线；

步骤(5)、根据亮度增益曲线，拟合一条亮度增益方程：

Gain(I)＝a₁*I²+a₂*I+a₃

步骤(6)、依据步骤(5)的亮度增益方程，计算出背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子Gain(I)；

上述I为背景视频图像中每一像素点的亮度值，Gain(I)为背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子，a₁、a₂、a₃为亮度增益方程的系数，a₁、a₂、a₃可以通过亮度增益曲线计算得出；

步骤(7)、将步骤(6)计算的背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子Gain(I)绘制成表格。

上述对视频图像的亮度调整过程，能针对对于显微镜光源或者摄像头曝光不足所造成的图像亮度不均匀问题，特别是图像中心部分亮度强而四周亮度弱的问题而进行动态调整，使得处理后的视频图像中心部分和四周部分的亮度保持一致。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过动态调整曝光时间调整整幅图像的曝光状况，然后通过对像素点亮度值的调节达到整幅图像亮度均匀，因此该方法能够对非均匀照明条件下的亮度更好的还原。

附图说明

图1为本发明实施例中显微视频图像的处理方法的流程图。

图2为本发明实施例中背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子的计算流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示的数字显微图像的曝光处理方法，其包括以下步骤：

步骤一、视频图像的采集：显微镜的图像采集装置采集一帧视频图像；

步骤二、对视频图像曝光情况进行判断：根据采集的视频图像的灰度直方图来判断上述采集的视频图像曝光是否正常：灰度直方图横坐标表示从0到255的灰度级，纵坐标表示像素数量，通过它可以简单直观的得到图像灰度分布信息，能够直接反映出该幅图像的曝光情况，由于灰度直方图是对图像像素在不同灰度上出现频数的统计，图像的曝光情况与其直方图有直接的对应关系；

如果视频图像的灰度直方图整体偏向灰度值为0的一侧，判断该视频图像曝光不足；视频图像的灰度直方图整体偏向灰度值为最大值的一侧，判断该视频图像曝光过度；视频图像的灰度直方图没有偏向任何一侧，均匀分布，判断该视频图像曝光正常；具体的：

当曝光不足时，可以发现其灰度整体偏向暗区(灰度值为0的一侧)，在靠近最大亮度值255，即直方图右侧的很大一片区域内没有任何像素，说明画面整体偏暗，而在靠近亮度0的区域中，灰度整体趋势突然上升，波形变陡，斜率增大，在对低亮度0处有明显的溢出现象，这正是曝光不足的主要特征；

当曝光过度时：灰度直方图与曝光不足时成相反的情况，灰度直方图整体偏向右侧，在靠近最小亮度值0，即直方图左侧的很大一片区域内没有任何像素，说明画面整体偏亮，而在靠近最大亮度255的区域中，灰度图像整体突然上升，波形变陡，斜率增大，在最大亮度255处有明显的溢出现象，这正是图像的曝光过度的主要特征；

曝光正常时：正确的曝光图像，亮度细节与暗部细节都应当比较充分，整体亮度适宜，对比度正常；其对应的灰度图的左右两端临近区域都有少量像素，但没有溢出现象；

步骤三、对下一帧视频图像采集时的曝光时间进行调整：当步骤二判断的结果为曝光不足时，在下一帧视频图像采集时增大曝光时间，返回步骤二，直到曝光情况正常；当步骤二判断的结果为曝光过度时，在下一帧视频图像采集时减小曝光时间，返回步骤二，直到曝光情况正常；当步骤二判断的结果为曝光正常时，保持当前的曝光时间进行下一帧视频图像的采集；

当采集的视频图像曝光情况正常的情况下，通过以下步骤对视频图像的亮度进行调整：

步骤1、对视频图像亮度是否均匀进行判断：根据视频图像的亮度曲面判断视频图像亮度是否均匀：视频图像的亮度曲面近似平面时，判读该视频图像的亮度为均匀，否则判断该视频图像的亮度不均匀；

步骤2、当视频图像的亮度为均匀时，直接显示该视频图像；当视频图像的亮度不均匀时，通过如下方式对视频图像的每个像素点的亮度进行调整：

将视频图像的每个像素点的亮度乘以与其相对应的背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子，得到亮度调整后的视频图像，然后显示亮度调整后的视频图像；上述背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子可以通过查表法获得，该查询表可以通过以下方式获得：

所述背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子通过以下方式获得，参见图2：

步骤(1)、采集一帧数字显微镜在无切片情况下的曝光正常的背景视频图像，将该背景视频图像进行分块处理，分为16*16块；

步骤(2)、对所述背景视频图像的每一小块图像进行扫描求得该块图像的平均亮度

步骤(3)、取分块处理后的背景视频图像的中间4*4块的亮度均值

为参考亮度，进行亮度调整因子的计算，计算公式如下：

$\mathrm{Gain}{\left(I\right)}^{\′}=\frac{\stackrel{\‾}{p}}{\stackrel{\‾}{I}}$

其中Gain(I)′为背景视频图像中每块图像的亮度调整因子；

步骤(4)、将背景视频图像中每块图像的亮度调整因子Gain(I)′进行去噪处理，以背景视频图像中每块图像的亮度调整因子Gain(I)′为纵坐标，背景视频图像中每块图像的平均亮度值

为横坐标，去掉背景视频图像中每块图像的亮度调整因子中的过大和过小的值，绘制一条曲线，该条曲线即为亮度增益曲线；

步骤(5)、根据亮度增益曲线，拟合一条亮度增益方程：

Gain(I)＝a₁*I²+a₂*I+a₃

上述I为背景视频图像中每一像素点的亮度值，Gain(I)为背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子，a₁、a₂、a₃为亮度增益方程的系数，a₁、a₂、a₃可以通过亮度增益曲线计算得出；

步骤(6)、依据步骤(5)的亮度增益方程，计算出背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子Gain(I)；

步骤(7)、将步骤(6)计算的背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子Gain(I)绘制成表格。

实际操作过程中，上述背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子可以预先就计算好，绘制成表格后直接存放在存储器中，在对采集的显微视频图像进行亮度调整时，直接通过查询放在存储器中的亮度调整因子查询表，其处理速度会非常快速，能够做到对显微视频图像的亮度进行实时调整。

Claims (2)

1.一种显微视频图像的处理方法，其特征在于：包括

步骤一、视频图像的采集：显微镜的图像采集装置采集一帧视频图像；

步骤二、对视频图像曝光情况进行判断：根据采集的视频图像的灰度直方图来判断上述采集的视频图像曝光是否正常：视频图像的灰度直方图整体偏向灰度值为0的一侧，判断该视频图像曝光不足；视频图像的灰度直方图整体偏向灰度值为最大值的一侧，判断该视频图像曝光过度；视频图像的灰度直方图没有偏向任何一侧，均匀分布，判断该视频图像曝光正常；

步骤三、对下一帧视频图像采集时的曝光时间进行调整：当步骤二判断的结果为曝光不足时，在下一帧视频图像采集时增大曝光时间，返回步骤二，直到曝光情况正常；当步骤二判断的结果为曝光过度时，在下一帧视频图像采集时减小曝光时间，返回步骤二，直到曝光情况正常；当步骤二判断的结果为曝光正常时，保持当前的曝光时间进行下一帧视频图像的采集。

2.根据权利要求1所述的显微视频图像的处理方法，其特征在于：当采集的视频图像曝光情况正常的情况下，通过以下步骤对视频图像的亮度进行调整：

步骤1、对视频图像亮度是否均匀进行判断：根据视频图像的亮度曲面判断视频图像亮度是否均匀：视频图像的亮度曲面近似平面时，判读该视频图像的亮度为均匀，否则判断该视频图像的亮度不均匀；

步骤2、当视频图像的亮度为均匀时，直接显示该视频图像；当视频图像的亮度不均匀时，通过如下方式对视频图像的每个像素点的亮度进行调整：

将视频图像的每个像素点的亮度乘以与其相对应的背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子，得到亮度调整后的视频图像；

所述背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子通过以下方式获得：

步骤(1)、采集一帧数字显微镜在无切片情况下的曝光正常的背景视频图像，将该背景视频图像进行分块处理，分为N*N块；

步骤(2)、对所述背景视频图像的每一小块图像进行扫描求得该块图像的平均亮度

步骤(3)、取分块处理后的背景视频图像的中间n*n块的亮度均值

为参考亮度，进行亮度调整因子的计算，计算公式如下：

$\mathrm{Gain}{\left(I\right)}^{\′}=\frac{\stackrel{\‾}{p}}{\stackrel{\‾}{I}}$

其中Gain(I)′为背景视频图像中每块图像的亮度调整因子，n＜N；

步骤(4)、将背景视频图像中每块图像的亮度调整因子Gain(I)′进行去噪处理，以背景视频图像中每块图像的亮度调整因子Gain(I)′为纵坐标，背景视频图像中每块图像的平均亮度值

为横坐标，去掉背景视频图像中每块图像的亮度调整因子中的过大和过小的值，绘制一条曲线，该条曲线即为亮度增益曲线；

步骤(5)、根据亮度增益曲线，拟合一条亮度增益方程：

Gain(I)＝a₁*I²+a₂*I+a₃

上述I为背景视频图像中每一像素点的亮度值，Gain(I)为背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子，a₁、a₂、a₃为亮度增益方程的系数，a₁、a₂、a₃可以通过亮度增益曲线计算得出；

步骤(6)、依据步骤(5)的亮度增益方程，计算出背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子Gain(I)；

步骤(7)、将步骤(6)计算的背景视频图像中每一像素点的亮度调整因子Gain(I)绘制成表格。

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