CN105005991A - 一种高分辨扫描透射图像中批量计算原子质心位移的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分辨扫描透射图像中批量计算原子质心位移的方法，包括以下步骤：1)在待处理图像中设定N个子区域，再分别计算各子区域中各列像素的灰度值之和，并绘制垂直灰度积分投影曲线；2)获取各列像素的灰度值之和的最大值及最小值，选取垂直灰度积分投影曲线上的若干对点的坐标；3)得平均峰值坐标，查找垂直灰度积分投影曲线上各谷值处的坐标，然后根据获取的各谷值处的坐标将对应的子区域划分为多个矩形区域；4)对各矩形区域进行去噪，得该原子质心在待处理图像中的坐标；5)根据各子区域中各原子质心到基准线的竖直距离得待处理的图像中各原子质心位移。本发明能够自动、快速、准确的完成对原子质心的定位。

Description

一种高分辨扫描透射图像中批量计算原子质心位移的方法

技术领域

本发明属于扫描透射电子显微镜图像分析处理领域，涉及一种高分辨扫描透射图像中批量计算原子质心位移的方法。

背景技术

随着科学界对材料微观结构分析的深入，扫描透射电子显微镜在科学研究中的作用越来越显著，扫描透射电镜及数字图像处理技术的发展使得实验中获取原子质心位置成为可能，而针对扫描透射电镜采集的图像进行处理也就越来越成为科研工作的重要内容之一。在扫描透射电子显微镜领域，数字图像处理技术是一种新引入的一种图像分析技术，它可以利用优秀的算法及计算机强大的处理能力来对扫描透射电子显微镜图像做变换、压缩、增强和复原、分割、描述、分类等等处理。但是由于图像分析处理技术主要是计算机相关知识，而电镜科研人员主要是研究材料，更精深于物理方面的知识，对于图像处理的学习与理解将需要大量的时间，精力，而普通的计算机编程人员又缺乏相应的物理学知识，因此其应用远远谈不上广泛。目前电镜领域的图像处理技术基本是一片空白状态，其科研人员主要致力于改善硬件系统，对于软件的开发，数据的处理等科学领域内的研究十分稀少。因此在国内外相关领域的科学家为了节省实验或者数据处理的时间，开始逐渐研发一些单凭扫描透射电镜无法实现的功能，简单的比如删除图像中的噪点，复杂的如控制电镜部件收集各类不同信号等等，但是对于扫描透射电镜图中原子质心定位的处理还处于空白状态，传统的质心定位工作是通过手动完成的，处理速度慢，并且处理的精度不高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高分辨扫描透射图像中批量计算原子质心位移的方法，该方法能够自动、快速、准确的完成对原子质心的定位。

为达到上述目的，本发明所述的高分辨扫描透射图像中批量计算原子质心位移的方法包括以下步骤：

1)在待处理图像中设定N个子区域，其中，N≥2，每个子区域包含一行原子，前N-1个子区域作为待处理区域，第N个子区域作为原子原有位置区域，且第N个子区域中的原子数量大于等于2，对各子区域，分别读取各列像素的灰度值并计算各列像素的灰度值之和，并将子区域中各列像素的灰度值之和从左到右依次保存，然后根据各子区域中各列像素的灰度值之和绘制垂直灰度积分投影曲线，其中，垂直灰度积分投影曲线中的x轴代表各子区域中的列，y轴代表各列像素的灰度值之和；

2)获取垂直灰度积分投影曲线中各列像素的灰度值之和的最大值及最小值，并确定预设阀值，选取垂直灰度积分投影曲线上的若干对点的坐标，其中，位于各对点中的两个点外侧且相邻的两个点对应的像素灰度值之和小于预设阀值，且各对点中两个点之间的所有点所对应的像素灰度值之和大于预设阀值，然后保存各对点的坐标；

3)分别对步骤2)得到的各对点中的两个点之间的所有点所对应的像素灰度值之和与预设阀值进行作差运算，再分别将各对点中的两个点之间的所有点对应的作差运算的结果进行叠加，并分别获取各对点中的两个点之间的所有点对应的作差运算的结果与叠加所得结果的比值，然后通过各对点中的两个点之间的所有点对应的比值对该点的坐标进行加权平均，得平均峰值坐标，查找垂直灰度积分投影曲线上各相邻两对点对应平均峰值坐标之间的谷值，并获取各谷值处的坐标，然后根据获取的各谷值处的坐标将对应的子区域划分为多个矩形区域，其中，每个原子占据一个矩形区域；

4)对各矩形区域进行去噪，再对每个矩形区域进行垂直灰度积分投影及水平灰度积分投影，得每个原子质心的相对坐标，然后根据该矩形区域在待处理图像中的位置以及对应原子质心的相对坐标得该原子质心在待处理图像中的坐标；

5)对原子原有位置区域中各原子质心在待处理图像中的坐标进行线性回归，得基准线，然后计算各子区域中各原子质心到该基准线的竖直距离，最后根据各子区域中各原子质心到基准线的竖直距离得待处理的图像中各原子质心位移。

对各矩形区域进行去噪的具体操作为：获取矩形区域内各列像素点灰度的最小值A1及最大值A2，然后将该矩形区域内灰度值小于A1+(A2-A1)×0.3的像素点的灰度值置为A1。

还包括根据各原子质心在待处理的图像中的坐标显示原子质心。

还包括显示所述基准线。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的高分辨扫描透射图像中批量计算原子质心位移的方法在获取原子质心位移的过程中，先绘制垂直灰度积分投影曲线，再获取垂直灰度积分投影曲线的各峰值和谷值的位置，然后根据垂直灰度积分投影曲线的谷值位置将子区域划分为多个矩形区域，使得每个原子处在一个矩形区域中，然后再得到每个原子质心在待处理图像中的坐标，最后通过原子原有位置区域各原子质心在待处理图像中的坐标得到基准线，再利用基准线得到待处理的图像中各原子质心位移，从而可实现对原子质心位移的计算，处理速度快，精度高，并且简化了数据处理工作流程，减轻了科研工作者后期处理数据的工作量。

附图说明

图1为实施例一中高分辨率扫描透射图像；

图2为实施例一中高分辨率扫描透射图像中子区域的示意图；

图3为实施例一中处理结果的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明所述的高分辨扫描透射图像中批量计算原子质心位移的方法包括以下步骤：

1)在待处理图像中设定N个子区域，其中，N≥2，每个子区域包含一行原子，前N-1个子区域作为待处理区域，第N个子区域作为原子原有位置区域，且第N个子区域中的原子数量大于等于2，对各子区域，分别读取各列像素的灰度值并计算各列像素的灰度值之和，并将子区域中各列像素的灰度值之和从左到右依次保存，然后根据各子区域中各列像素的灰度值之和绘制垂直灰度积分投影曲线，其中，垂直灰度积分投影曲线中的x轴代表各子区域中的列，y轴代表各列像素的灰度值之和；

2)获取垂直灰度积分投影曲线中各列像素的灰度值之和的最大值及最小值，并确定预设阀值，选取垂直灰度积分投影曲线上的若干对点的坐标，其中，位于各对点中的两个点外侧且相邻的两个点对应的像素灰度值之和小于预设阀值，且各对点中两个点之间的所有点所对应的像素灰度值之和大于预设阀值，然后保存各对点的坐标；

3)分别对步骤2)得到的各对点中的两个点之间的所有点所对应的像素灰度值之和与预设阀值进行作差运算，再分别将各对点中的两个点之间的所有点对应的作差运算的结果进行叠加，并分别获取各对点中的两个点之间的所有点对应的作差运算的结果与叠加所得结果的比值，然后通过各对点中的两个点之间的所有点对应的比值对该点的坐标进行加权平均，得平均峰值坐标，查找垂直灰度积分投影曲线上各相邻两对点对应平均峰值坐标之间的谷值，并获取各谷值处的坐标，然后根据获取的各谷值处的坐标将对应的子区域划分为多个矩形区域，其中，每个原子占据一个矩形区域；

4)对各矩形区域进行去噪，再对每个矩形区域进行垂直灰度积分投影及水平灰度积分投影，得每个原子质心的相对坐标，然后根据该矩形区域在待处理图像中的位置以及对应原子质心的相对坐标得该原子质心在待处理图像中的坐标；

5)对原子原有位置区域中各原子质心在待处理图像中的坐标进行线性回归，得基准线，然后计算各子区域中各原子质心到该基准线的竖直距离，最后根据各子区域中各原子质心到基准线的竖直距离得待处理的图像中各原子质心位移。

对各矩形区域进行去噪的具体操作为：获取矩形区域内各列像素点灰度的最小值A1及最大值A2，然后将该矩形区域内灰度值小于A1+(A2-A1)×0.3的像素点的灰度值置为A1，

需要说明的是，本发明还包括根据各原子质心在待处理的图像中的坐标显示原子质心、以及显示所述基准线。

需要说明的是，因为本发明旨在求原子质心偏移，那么至少有基准线和待求原子两个区域，为了方便起见，我们统一将最后一个区域定为基准线区域。并且，需要强调的是，待求区域可以有多个。

实施例一

打开如图1所示的高分辨率扫描透射电子显微镜图像，添加子区域如图2所示，通过本发明对图1所示的高分辨率扫描透射电子显微镜图像进行处理的结果如图3所示。

本发明适用于高分辨率扫描透射电子显微镜图像，通过本方法可以批量获得原子质心的坐标位置，并且可以同时求取基准线方程，对待求原子计算得其偏移距离，最终在图像上做以标示。

Claims (4)

1.一种高分辨扫描透射图像中批量计算原子质心位移的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在待处理图像中设定N个子区域，其中，N≥2，每个子区域包含一行原子，前N-1个子区域作为待处理区域，第N个子区域作为原子原有位置区域，且第N个子区域中的原子数量大于等于2，对各子区域，分别读取各列像素的灰度值并计算各列像素的灰度值之和，并将子区域中各列像素的灰度值之和从左到右依次保存，然后根据各子区域中各列像素的灰度值之和绘制垂直灰度积分投影曲线，其中，垂直灰度积分投影曲线中的x轴代表各子区域中的列，y轴代表各列像素的灰度值之和；

2)获取垂直灰度积分投影曲线中各列像素的灰度值之和的最大值及最小值，并确定预设阀值，选取垂直灰度积分投影曲线上的若干对点的坐标，其中，位于各对点中的两个点外侧且相邻的两个点对应的像素灰度值之和小于预设阀值，且各对点中两个点之间的所有点所对应的像素灰度值之和大于预设阀值，然后保存各对点的坐标；

3)分别对步骤2)得到的各对点中的两个点之间的所有点所对应的像素灰度值之和与预设阀值进行作差运算，再分别将各对点中的两个点之间的所有点对应的作差运算的结果进行叠加，并分别获取各对点中的两个点之间的所有点对应的作差运算的结果与叠加所得结果的比值，然后通过各对点中的两个点之间的所有点对应的比值对该点的坐标进行加权平均，得平均峰值坐标，查找垂直灰度积分投影曲线上各相邻两对点对应平均峰值坐标之间的谷值，并获取各谷值处的坐标，然后根据获取的各谷值处的坐标将对应的子区域划分为多个矩形区域，其中，每个原子占据一个矩形区域；

4)对各矩形区域进行去噪，再对每个矩形区域进行垂直灰度积分投影及水平灰度积分投影，得每个原子质心的相对坐标，然后根据该矩形区域在待处理图像中的位置以及对应原子质心的相对坐标得该原子质心在待处理图像中的坐标；

5)对原子原有位置区域中各原子质心在待处理图像中的坐标进行线性回归，得基准线，然后计算各子区域中各原子质心到该基准线的竖直距离，最后根据各子区域中各原子质心到基准线的竖直距离得待处理的图像中各原子质心位移。

2.根据权利要求1所述的高分辨扫描透射图像中批量计算原子质心位移的方法，其特征在于，对各矩形区域进行去噪的具体操作为：获取矩形区域内各列像素点灰度的最小值A1及最大值A2，然后将该矩形区域内灰度值小于A1+(A2-A1)×0.3的像素点的灰度值置为A1。

3.根据权利要求1所述的高分辨扫描透射图像中批量计算原子质心位移的方法，其特征在于，还包括根据各原子质心在待处理的图像中的坐标显示原子质心。

4.根据权利要求1所述的高分辨扫描透射图像中批量计算原子质心位移的方法，其特征在于，还包括显示所述基准线。