CN107103587B - 一种生物芯片图像倾斜的校正方法及装置 - Google Patents

一种生物芯片图像倾斜的校正方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物芯片图像倾斜的校正方法及装置，涉及图像处理技术领域，主要目的是提高生物芯片图像校正的速度。所述方法包括：获取生物芯片图像对应的二值化图像；通过旋转所述二值化图像对应的外接矩形，得到旋转角度；根据所述旋转角度对所述生物芯片图像进行校正。本发明主要用于生物芯片图像倾斜的校正。

Description

一种生物芯片图像倾斜的校正方法及装置
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其是一种生物芯片图像倾斜的校正方法及装置。
背景技术
多孔硅是一种良性的生物材料，可制备成各类光子器件，在生物传感器领域具有很好的应用。生物芯片是一种利用其高度的并行性、多样性的优势，能够在短时间内分析获取大量的生物信息。
在生物芯片图像的获取过程中，图像摄取的扫描仪难免会存在一定的扫描偏差，造成图像倾斜，给后续的图像处理造成了麻烦，因此，生物芯片图像倾斜的校正始终是影响生物芯片技术的重要问题。
现有的对生物芯片图像倾斜的校正方法主要有以下两种，一种是使用机器结合手动的方式进行生物芯片图像倾斜的校正，该方法虽然可以有效提高校正的准确度，但是对操作环节和操作人员要求很高，整个过程比较费时费力，而且难以调整；另一种是使用自动校正算法对生物芯片图像倾斜进行校正，如通过对图像不同角度的投影来获取倾斜角的radon变换等方式，但是，该方法需要较大的计算量，约束了图像校正的速度。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种生物芯片图像倾斜的校正方法及装置，提高了生物芯片图像校正的速度。
依据本发明实施例的一方面，本发明实施例提供了一种生物芯片图像倾斜的校正方法，包括：
获取生物芯片图像对应的二值化图像；
通过旋转所述二值化图像对应的外接矩形，得到旋转角度；
根据所述旋转角度对所述生物芯片图像进行校正。
进一步地，所述获取生物芯片图像对应的二值化图像包括：
采用最大类间方差法对所述生物芯片图像进行二值化处理，得到所述生物芯片图像对应的二值化图像。
进一步地，所述通过旋转所述二值化图像对应的外接矩形，得到旋转角度包括：
从水平方向与垂直方向扫描所述二值化图像，确定所述二值化图像对应的初始外接矩形；
旋转所述二值化图像对应的外接矩形，确定所述二值化图像对应的外接矩形从所述初始外接矩形旋转至预设外接矩形对应的旋转角度。
进一步地，在所述旋转所述二值化图像对应的外接矩形，确定所述二值化图像对应的外接矩形从初始外接矩形旋转至预设外接矩形对应的旋转角度之前，所述方法还包括：
以所述初始外接矩形的质心为旋转中心，确定主轴的初始位置。
进一步地，所述旋转所述二值化图像对应的外接矩形，确定所述二值化图像对应的外接矩形从初始外接矩形旋转至预设外接矩形对应的旋转角度包括：
通过旋转与平移所述主轴的位置，得到最小外接矩形；
确定所述二值化图像对应的外接矩形从所述初始外接矩形旋转至所述最小外接矩形对应的旋转角度。
依据本发明实施例的再一方面，本发明实施例提供了一种生物芯片图像倾斜的校正装置，包括：
获取单元，用于获取生物芯片图像对应的二值化图像；
旋转单元，用于通过旋转所述二值化图像对应的外接矩形，得到旋转角度；
校正单元，用于根据所述旋转角度对所述生物芯片图像进行校正。
进一步地，所述获取单元，具体用于采用最大类间方差法对所述生物芯片图像进行二值化处理，得到所述生物芯片图像对应的二值化图像。
进一步地，所述旋转单元包括：
确定模块，用于从水平方向与垂直方向扫描所述二值化图像，确定所述二值化图像对应的初始外接矩形；
旋转模块，用于旋转所述二值化图像对应的外接矩形，确定所述二值化图像对应的外接矩形从所述初始外接矩形旋转至预设外接矩形对应的旋转角度。
进一步地，所述确定模块，还用于以所述初始外接矩形的质心为旋转中心，确定主轴的初始位置。
进一步地，所述旋转模块，还用于通过旋转与平移所述主轴的位置，得到最小外接矩形；
所述旋转模块，还用于确定所述二值化图像对应的外接矩形从所述初始外接矩形旋转至所述最小外接矩形对应的旋转角度。
借由上述技术方案，本发明提供的一种生物芯片图像倾斜的校正方法及装置，通过对生物芯片进行二值化处理，得到生物芯片对应的二值化图像，进而旋转该二值化图像对应的外接矩形，找到旋转角度，进而确定生物芯片需要校正的角度。与现有技术的生物芯片图像倾斜的校正方法相比，本发明实施例通过生物芯片对应的外接矩形的概念来对生物芯片图像倾斜进行校正，结合了生物芯片图像的几何特性，降低了算法的复杂度，通过旋转外接矩形，能够准确的确定生物芯片图像倾斜的角度，提高了图像校正的速度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种生物芯片图像倾斜的校正方法流程示意图；
图2示出了本发明实施例提供的另一种生物芯片图像倾斜的校正方法流程示意图；
图3示出了本发明实施例提供的一种生物芯片图像倾斜的校正装置的组成框图；
图4示出了本发明实施例提供的另一种生物芯片图像倾斜的校正装置的组成框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供了一种生物芯片图像倾斜的校正方法，如图1所示，该方法主要利用生物芯片图像的几何特性，通过生物芯片图像对应二值化图像的外接矩形来确定图像的倾斜角度，进而提高生物芯片图片倾斜校正的速度，具体步骤包括：
101、获取生物芯片图像对应的二值化图像。
其中，生物芯片是指按照预定位置在固相载体上很小面积内的很多核酸分子组成的微点阵阵列，可以在短时间内分析获取大量的生物信息，通常使用CCD相机来摄取生物芯片图像，并将摄取的生物芯片图像结合数字图像处理软件进行信息提取。
为了方便提取生物图像中的信息，进一步对生物芯片图像进行二值化处理，将生物芯片图像上的点的灰度值设置为0或255，得到生物芯片图像对应的二值化图像，二值化图像具有存储空间小、处理速度快，可以方便对图像进行布尔逻辑运算等特点。
对于本发明实施例，具体可以通过最大类间方差法来进行二值化处理，还可以通过迭代阈值法进行二值化处理，需要说明的是，本发明实施例对二值化的处理方法不进行限定。
102、通过旋转所述二值化图像对应的外接矩形，得到旋转角度。
其中，二值化图像对应的外接矩形是指完全包含了图像上所有的点、线，且各边均与图形相接处的矩形，它在一定程度上描述了该二值化图像的某些几何特性，可以用于描述图像轮廓的特征。
对于本发明实施例，具体可以根据二值化图像的位置信息建立直角坐标系，确定相互垂直的水平主轴和垂直主轴以及旋转中心，由初始外接矩形开始，以确定的旋转间隔和旋转方向，旋转外接矩形，找到目标外接矩形，得到初始外接矩形与目标外接矩形之间的旋转角度。需要说明的是，这里的旋转中心可以为二值化图像的质心，本发明实施例不进行限定。
由于目标外接矩形是生物芯片图像自身外轮廓，利用二值化图像确定主轴位置以及旋转中心把旋转区间限定在二者构成的锐角范围内，整个寻找目标外接矩形的过程需要的旋转次数很少，大大提高了运算速度。
103、根据所述旋转角度对所述生物芯片图像进行校正。
在确定初始外接矩形与目标外接矩形之间的旋转角度之后，通过旋转角度确定生物芯片图像的倾斜角度，进一步对生物芯片图像进行校正。
结合上述的实现方式可以看出，本发明实施例提供的一种生物芯片图像倾斜的校正方法，通过对生物芯片进行二值化处理，得到生物芯片对应的二值化图像，进而旋转该二值化图像对应的外接矩形，找到旋转角度，进而确定生物芯片需要校正的角度。与现有技术的生物芯片图像倾斜的校正方法相比，本发明实施例通过生物芯片对应的外接矩形的概念来对生物芯片图像倾斜进行校正，结合了生物芯片图像的几何特性，降低了算法的复杂度，通过旋转外接矩形，能够准确的确定生物芯片图像倾斜的角度，提高了图像校正的速度。
以下为了更加详细地说明本发明提出的一种生物芯片图像倾斜的校正方法，特别是在通过旋转所述二值化图像对应的外接矩形，得到旋转角度的步骤，本发明实施例还提供了另一种生物芯片图像倾斜的校正方法，如图2所示，该方法的具体步骤包括：
201、采用最大类间方差法对所述生物芯片图像进行二值化处理，得到所述生物芯片图像对应的二值化图像。
其中，最大类间方差法是一种自适应的阈值确定方法，它是按生物芯片图像的灰度特性，将生物芯片图像分成背景和目标两部分，背景和目标之间的方差越大，说明构成生物芯片图像的两部分的差别越大，当部分目标错分为背景或部分背景错分为目标都会导致两部分差别变小，因此，类间方差最大的分割意味着错分概率最小。
对于本发明实施例，采用最大类间法对生物芯片图像进行二值化处理，将生物芯片图像转换为黑白的二值化图像，在图像中不呈现有灰度变化，从而方便后续的图像处理。
202、从水平方向与垂直方向扫描所述二值化图像，确定所述二值化图像对应的初始外接矩形。
对于本发明实施例，分别从水平方向与垂直方向扫描二值化图像中各个样点，确定二值化图像对应的初始外接矩形，这里的初始外接矩形应包括整个二值化图像中所有样点，描述了二值化图像的轮廓。
203、以所述初始外接矩形的质心为旋转中心，确定主轴的初始位置。
对于本发明实施例，可以通过外接矩形各个顶点的位置寻找初始外接矩形的质心，进而根据质心的位置为原点建立主轴的初始位置，这里的主轴包括相互垂直的水平主轴与垂直主轴，进一步根据主轴的初始位置记录初始外接矩形的坐标位置。
204、通过旋转与平移所述主轴的位置，得到最小外接矩形。
具体地，通过不断旋转和平移主轴，旋转的区间限定在两者构成的锐角区域，每旋转一次，需要对主轴进行平移，记录每一次坐标系方向上外接矩形边界点的最大坐标(Xmax,Ymax)和最小坐标(Xmin,Ymin)，得到对应的外接矩形面积S＝(Xmax-Xmin)×(Ymax-Ymin)，记录面积S最小时对应外接矩形的坐标位置。
205、确定所述二值化图像对应的外接矩形从所述初始外接矩形旋转至所述最小外接矩形对应的旋转角度。
对于本发明实例，确定二值化图像对应的外接矩形从初始外接矩形旋转到最小外接矩形对应的旋转角度，具体可以根据步骤203记录的初始外接矩形的坐标位置以及步骤204记录的最小外接矩形的坐标位置，计算旋转角度。
206、根据所述旋转角度对所述生物芯片图像进行校正。
本发明实施例提供的另一种生物芯片图像倾斜的校正方法，通过生物芯片对应的外接矩形的概念来对生物芯片图像倾斜进行校正，结合了生物芯片图像的几何特性，降低了算法的复杂度，通过旋转外接矩形，能够准确的确定生物芯片图像倾斜的角度，提高了图像校正的速度。
另外，本发明实施例选择了有效的主轴初始位置和初始外接矩形，通过水平主轴和垂直主轴的旋转来寻找最小外接矩形，减少了旋转次数和旋转运算量。
进一步地，作为图1所示方法的具体实现，本发明实施例提供一种生物芯片图像倾斜的校正装置，该装置实施例与前述方法实施例对应，为便于阅读，本装置不在对前述方法实施例中的细节内容进行逐一赘述，但应当明确，本实施例中的装置能够对应实现前述方法实施例中的全部内容，如图3所示，所述装置包括：
获取单元31，可以用于获取生物芯片图像对应的二值化图像；
旋转单元32，可以用于通过旋转所述二值化图像对应的外接矩形，得到旋转角度；
校正单元33，可以用于根据所述旋转角度对所述生物芯片图像进行校正。
本发明实施例提供的一种生物芯片图像倾斜的校正装置，通过对生物芯片进行二值化处理，得到生物芯片对应的二值化图像，进而旋转该二值化图像对应的外接矩形，找到旋转角度，进而确定生物芯片需要校正的角度。与现有技术的生物芯片图像倾斜的校正方法相比，本发明实施例通过生物芯片对应的外接矩形的概念来对生物芯片图像倾斜进行校正，结合了生物芯片图像的几何特性，降低了算法的复杂度，通过旋转外接矩形，能够准确的确定生物芯片图像倾斜的角度，提高了图像校正的速度。
进一步地，如图4所示，
所述获取单元31，具体可以用于采用最大类间方差法对所述生物芯片图像进行二值化处理，得到所述生物芯片图像对应的二值化图像.
进一步地，所述旋转单元32包括：
确定模块321，可以用于从水平方向与垂直方向扫描所述二值化图像，确定所述二值化图像对应的外接矩形；
旋转模块322，可以用于旋转所述二值化图像对应的外接矩形，确定所述二值化图像对应的外接矩形从初始外接矩形旋转至预设外接矩形对应的旋转角度。
进一步地，所述确定模块321，还可以用于以所述初始外接矩形的质心为旋转中心，确定主轴的初始位置。
进一步地，所述旋转模块322，还可以用于通过旋转与平移所述主轴的位置，得到最小外接矩形；
所述旋转模块322，还可以用于确定所述二值化图像对应的外接矩形从所述初始外接矩形旋转至所述最小外接矩形对应的旋转角度。
需要说明的是，本发明实施例提供的生物芯片图像倾斜的校正装置所涉及各功能单元的其他相应描述，可以参考图1以及图2中的对应描述，在此不再赘述。
本发明提供的另一种生物芯片图像倾斜的校正装置，通过生物芯片对应的外接矩形的概念来对生物芯片图像倾斜进行校正，结合了生物芯片图像的几何特性，降低了算法的复杂度，通过旋转外接矩形，能够准确的确定生物芯片图像倾斜的角度，提高了图像校正的速度。
另外，本发明实施例选择了有效的主轴初始位置和初始外接矩形，通过水平主轴和垂直主轴的旋转来寻找最小外接矩形，减少了旋转次数和旋转运算量。
所述生物芯片图像倾斜的校正装置包括处理器和存储器，上述获取单元31、旋转单元32和校正单元33等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来节省人力，提高了生物芯片图像校正的速度。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序代码：获取生物芯片图像对应的二值化图像；通过旋转所述二值化图像对应的外接矩形，得到旋转角度；根据所述旋转角度对所述生物芯片图像进行校正。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种生物芯片图像倾斜的校正方法，其特征在于，包括：
获取生物芯片图像对应的二值化图像；
通过旋转所述二值化图像对应的外接矩形，得到旋转角度；
根据所述旋转角度对所述生物芯片图像进行校正；
所述通过旋转所述二值化图像对应的外接矩形，得到旋转角度包括：
从水平方向与垂直方向扫描所述二值化图像，确定所述二值化图像对应的初始外接矩形；
旋转所述二值化图像对应的外接矩形，确定所述二值化图像对应的外接矩形从所述初始外接矩形旋转至预设外接矩形对应的旋转角度；
所述旋转所述二值化图像对应的外接矩形，确定所述二值化图像对应的外接矩形从初始外接矩形旋转至预设外接矩形对应的旋转角度包括：
通过旋转与平移所述主轴的位置，得到最小外接矩形；
确定所述二值化图像对应的外接矩形从所述初始外接矩形旋转至所述最小外接矩形对应的旋转角度；
所述确定所述二值化图像对应的外接矩形从所述初始外接矩形旋转至所述最小外接矩形对应的旋转角度，包括：
根据所述初始外接矩形的坐标位置以及所述最小外接矩形的坐标位置，计算旋转角度；
在所述旋转所述二值化图像对应的外接矩形，确定所述二值化图像对应的外接矩形从初始外接矩形旋转至预设外接矩形对应的旋转角度之前，所述方法还包括：
以所述初始外接矩形的质心为旋转中心，确定主轴的初始位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取生物芯片图像对应的二值化图像包括：
采用最大类间方差法对所述生物芯片图像进行二值化处理，得到所述生物芯片图像对应的二值化图像。
3.一种生物芯片图像倾斜的校正装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取生物芯片图像对应的二值化图像；
旋转单元，用于通过旋转所述二值化图像对应的外接矩形，得到旋转角度；
校正单元，用于根据所述旋转角度对所述生物芯片图像进行校正；
所述旋转单元包括：
确定模块，用于从水平方向与垂直方向扫描所述二值化图像，确定所述二值化图像对应的初始外接矩形；
旋转模块，用于旋转所述二值化图像对应的外接矩形，确定所述二值化图像对应的外接矩形从所述初始外接矩形旋转至预设外接矩形对应的旋转角度；
所述旋转模块，还用于通过旋转与平移所述主轴的位置，得到最小外接矩形；
所述旋转模块，还用于确定所述二值化图像对应的外接矩形从所述初始外接矩形旋转至所述最小外接矩形对应的旋转角度；
所述旋转模块，还用于根据所述初始外接矩形的坐标位置以及所述最小外接矩形的坐标位置，计算旋转角度；
所述确定模块，还用于以所述初始外接矩形的质心为旋转中心，确定主轴的初始位置。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，
所述获取单元，具体用于采用最大类间方差法对所述生物芯片图像进行二值化处理，得到所述生物芯片图像对应的二值化图像。
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