CN107730541A - 图像配准方法和系统及图像拍摄对位方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种图像配准方法，包括提供第一图像和第二图像，在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域，计算第一图像和第二图像对应特征区域之间的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量。本发明图像配准方法计算速度快而准确。
Description
技术领域
本发明涉及基因测序领域，更具体地说，本发明涉及一种图像配准方法和系统，以及使用所述图像配准方法和系统的图像拍摄对位方法和系统。
背景技术
基因测序领域通常需要对样本进行图像拍摄和识别，由于拍摄装置的镜头观测范围远小于样本的面积，因此镜头每次只能对样本的局部进行拍摄。现有技术通常采用连续步进的方式依次拍摄适配成像装置的观测范围的多个小区域，在后续数据处理时，需要对不同次数拍摄的相同小区域的图像进行配准。由于需要对样本每个小区域进行多次拍摄，载物平台来回移动的过程中产生的移动误差使得多次拍摄的图像不能完全重叠。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像配准方法和系统，旨在解决现有技术图像配准计算量大且不准确的问题。
本发明的目的在于提供一种图像拍摄对位方法和系统，旨在解决现有技术图像拍时载物平台移动误差的问题。
一种图像配准方法，包括提供第一图像和第二图像，在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域，计算第一图像和第二图像对应特征区域之间的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
作为改进，第一图像的同心特征区域包括第一特征区域和第一特征扩大区域，第二图像的同心特征区域包括第二特征区域和第二特征扩大区域，所述计算第一图像和第二图像对应特征区域的偏移量包括：识别第一特征区域和第二特征区域之间的第一偏移量以及第一特征扩大区域和第二特征扩大区域之间的第二偏移量，当第一偏移量小于等于第一偏移阈值，第二偏移量小于等于第二偏移阈值，且第一偏移量和第二偏移量之间的差值小于等于第一误差阈值，将第二偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
作为改进，当第一偏移量大于第一偏移阈值或第二偏移量大于第二偏移阈值，进一步包括在第一图像中定义第一特征增大区域，在第二图像中定义第二特征增大区域，识别第一特征增大区域和第二特征增大区域之间的第三偏移量，当第三偏移量小于等于第三偏移阈值，且第二偏移量和第三偏移量之间的差值小于等于第二误差阈值，将第三偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
作为改进，所述第一图像和第二图像包括对相同目标进行拍摄的图像，所述特征区域、特征扩大区域、特征增大区域都位于对应图像的中心，且对应边长依次递增。
作为改进，所述特征区域、特征扩大区域和特征增大区域为方形，分别包括沿第一方向的第一边长和第二方向的第二边长，第一方向垂直于第二方向，所述第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量为沿第一方向的偏移量，所述第一偏移阈值为特征区域第一边长的一半，所述第二偏移阈值为特征扩大区域第一边长的一半，所述第三偏移阈值为特征增大区域第一边长的一半。
作为改进，所述特征区域、特征扩大区域和特征增大区域为方形，分别包括沿第一方向的第一边长和第二方向的第二边长，第一方向垂直于第二方向，所述第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量为沿第二方向的偏移量，所述第一偏移阈值为特征区域第二边长的一半，所述第二偏移阈值为特征扩大区域第二边长的一半，所述第三偏移阈值为特征增大区域第二边长的一半。
作为改进，所述第一图像和第二图像为大小相同的方形，包括沿第一方向的第一边长和第二方向的第二边长，第一方向垂直于第二方向，所述特征扩大区域第一边长和特征增大区域第一边长小于所述第一图像第一边长的一半。
一种图像配准系统，包括特征区域定义模块和特征偏移计算模块，所述特征区域定义模块，用于在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域。所述特征偏移计算模块，用于计算第一图像和第二图像对应特征区域之间的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
作为改进，第一图像的同心特征区域包括第一特征区域和第一特征扩大区域，第二图像的同心特征区域包括第二特征区域和第二特征扩大区域，所述第一图像和第二图像对应特征区域的偏移量包括第一特征区域和第二特征区域之间的第一偏移量，第一特征扩大区域和第二特征扩大区域之间的第二偏移量。
作为改进，所述图像配准系统进一步包括配准偏移定义模块，其用于当第一偏移量小于等于第一偏移阈值，第二偏移量小于等于第二偏移阈值，且第一偏移量和第二偏移量之间的差值小于等于第一误差阈值，将第二偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
作为改进，所述图像配准系统进一步包括配准偏移定义模块，其特征在于，当第一偏移量大于第一偏移阈值或第二偏移量大于第二偏移阈值，特征区域定义模块进一步在第一图像中定义第一特征增大区域，在第二图像中定义第二特征增大区域，特征偏移计算模块计算第一特征增大区域和第二特征增大区域之间的第三偏移量，当第三偏移量小于等于第三偏移阈值，且第二偏移量和第三偏移量之间的差值小于等于第二误差阈值，配准偏移定义模块将第三偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
一种图像拍摄对位方法，其特征在于包括：提供一成像装置，所述成像装置包括获取图像的拍摄装置以及正对拍摄装置的载物平台，载物平台可从复位点开始沿X坐标轴方向移动和/或沿Y坐标轴方向移动；放置样本于载物平台上，移动载物平台使拍摄装置步进扫描样本，以确定样本区域内一矩形拍照区域；
分割所述矩形拍照区域为多个呈矩阵排列的子区域； 移动载物平台对预定子区域进行两次图像拍摄，以获得第一图像和第二图像；在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域，计算第一图像和第二图像对应特征区域的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量；以及根据所述配准偏移量校正拍摄装置对位每个子区域时载物平台的移动误差。
作为改进，第一图像的同心特征区域包括第一特征区域和第一特征扩大区域，第二图像的同心特征区域包括第二特征区域和第二特征扩大区域，所述计算第一图像和第二图像对应特征区域的偏移量包括：识别第一特征区域和第二特征区域之间的第一偏移量以及第一特征扩大区域和第二特征扩大区域之间的第二偏移量，当第一偏移量小于等于第一偏移阈值，第二偏移量小于等于第二偏移阈值，且第一偏移量和第二偏移量之间的差值小于等于第一误差阈值，将第二偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
作为改进，所述第一图像为从复位点开始移动载物平台，第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域并进行第一次图像拍摄获得；所述第二图像为从复位点开始移动载物平台，第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域并进行二次图像拍摄获得。
作为改进，校正平台的移动误差后进一步包括：第二条件下移动载物平台对拍照区域内的子区域拍摄图像。
作为改进，所述第一条件为使用灯光照亮样本区域，所述第二条件为样本区域自发荧光。
一种图像拍摄对位系统，其特征在于包括：成像装置，所述成像装置包括获取图像的拍摄装置以及正对拍摄装置的载物平台，载物平台可从复位点开始沿X坐标轴方向移动和/或沿Y坐标轴方向移动；拍照区域确定模块，用于控制放置样本于载物平台上，移动载物平台使拍摄装置步进扫描样本，以确定样本区域内一矩形拍照区域；拍照区域分割模块，用于控制分割所述矩形拍照区域为多个呈矩阵排列的子区域，呈矩阵排列子区域包括沿X坐标轴方向排列的多行子区域；校正参考拍摄模块，用于移动载物平台对预定子区域进行两次图像拍摄，以获得第一图像和第二图像；以及图像偏移计算模块，用于在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域，计算第一图像和第二图像对应特征区域的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
作为改进，所述图像拍摄对位系统进一步包括移动坐标校正模块，用于根据配准偏移量校正拍摄装置对位每个子区域时载物平台的移动坐标。
作为改进，校正参考拍摄模块包括：参考定义模块，用于将一预定子区域定义为对位参考子区域；第一图像拍摄模块，用于控制从复位点开始移动载物平台，第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域并进行第一次图像拍摄，获得第一图像；第二图像拍摄模块，用于控制从复位点开始移动载物平台，第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域并进行二次图像拍摄，获得第二图像。
作为改进，所述图像偏移计算模块包括：特征区域定义模块，在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域；特征偏移计算模块，用于计算第一图像和第二图像对应特征区域的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量；配准偏移定义模块，用于当第一偏移量小于等于第一偏移阈值，第二偏移量小于等于第二偏移阈值，且第一偏移量和第二偏移量之间的差值小于等于第一误差阈值，将第二偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
作为改进，当第一偏移量大于第一偏移阈值或第二偏移量大于第二偏移阈值，特征区域定义模块进一步在第一图像中定义第一特征增大区域，在第二图像中选取第二特征增大区域，特征偏移计算模块计算第一特征增大区域和第二特征增大区域之间的第三偏移量，当第三偏移量小于等于第三偏移阈值，且第二偏移量和第三偏移量之间的差值小于等于第二误差阈值，配准偏移定义模块将第三偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
相对于现有技术，本发明图像配准方法和系统在需要配准的两幅图像中选取至少两个不同面积的同心特征区域一一进行图像偏移计算，不但减少了图像偏移计算的工作量还提高了图像配准的准确度。本发明的图像拍摄对位方法和系统在对多个子区域正式拍摄图像之前，先对预定子区域（对位参考子区域）进行两次图像拍摄，并根据两次图像拍摄结果校正载物平台的移动误差，可以最大限度消除或减少平台移动误差导致相同子区域前后拍摄的多幅图像之间发生较大的偏移，提高基因测序后续图像数据处理的准确性。
附图说明
图1为本发明第一实施方式图像配准方法的流程示意图。
图2-图3为图1像配准方法中同心特征区域的选取示意图。
图4为图1中像配准方法中配准偏移量获得步骤的具体流程示意图。
图5为本发明第一实施方式图像拍摄对位方法和的流程示意图。
图6为图5图像拍摄对位方法载物平台移动路线示意图。
图7为图5中获得第一图像和第二图像步骤的具体流程示意图。
图8为图5中获得以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量步骤的具体流程示意图。
图9为图8中配准偏移量的示意图。
图10为图5流程进一步增加的平台的移动误差二次校正步骤的流程示意图。
图11-13为本发明一实施方式图像拍摄对位系统的方框示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。
参考图1-图3,本发明提供一种图像配准方法，包括步骤S11-S14。
步骤S11，提供第一图像和第二图像。本实施方式中，所述第一图像20和第二图像30为对相同标样进行拍摄的基因测序图像。
步骤S12，在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域。一实施方式中，所述同心特征区域的数量为两个，如图2-图3中所示的实线方框。第一图像20定义的同心特征区域包括图2所示的第一特征区域22和第一特征扩大区域23。第二图像30定义的同心特征区域包括图3所示的第二特征区域32和第二特征扩大区域33。本实施方式中，所述第一图像20和第二图像30为方形，且包括对相同目标进行拍摄的基因测序图像。第一图像20中，所述第一特征区域22位于第一特征扩大区域23的中心，第一特征扩大区域23位于第一图像20的中心。第二图像30中，所述第二特征区域32位于第二特征扩大区域33的中心，第二特征扩大区域位于第二图像30的中心。第一特征区域22和第二特征区域32大小和面积相同，第一特征扩大区域23和第二特征扩大区域33大小和面积相同。
步骤S13，计算第一图像和第二图像对应特征区域之间的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量。一实施方式中，步骤S13进一步包括图4所示的步骤S41-S44。
步骤S41，识别第一特征区域和第二特征区域之间的第一偏移量。一实施方式中，定义第一特征区域22为m1,定义第二特征区域32为m2，m1和m2之间的第一偏移量的计算包括如下步骤：
（1）将m1转换为复数矩阵m3，将m2转换为复数矩阵m4；
（2）对m3和m4分别求快速傅里叶变换；
（3）求m4的共轭矩阵，并利用此矩阵对m3求能量谱；
（4）对m3求快速傅里叶逆变换，从频域再次回到时域；
（5）对m3实数矩阵化得到矩阵m，将矩阵m排序，找到极值点以及其行列坐标,确定m1和m2之间的偏移的位置和第一偏移量。
步骤S42，识别第一特征扩大区域和第二特征扩大区域之间的第二偏移量。本实施方式中，所述第二偏移量的计算方法与上述第一偏移量的计算方法相同。
步骤S43，当第一偏移量小于等于第一偏移阈值，第二偏移量小于等于第二偏移阈值，且第一偏移量和第二偏移量之间的差值小于等于第一误差阈值，将第二偏移量定义为第一图像20和第二图像30之间的配准偏移量。
步骤S44，当第一偏移量大于第一偏移阈值或第二偏移量大于第二偏移阈值，进一步在第一图像20中定义第一特征增大区域24作为同心特征区域，在第二图像30中定义对应的第二特征增大区域34作为同心特征区域，识别第一特征增大区域24和第二特征增大区域34之间的第三偏移量，当第三偏移量小于等于第三偏移阈值，且第二偏移量和第三偏移量之间的差值小于等于第二误差阈值，将第三偏移量定义为第一图像20和第二图像30之间的配准偏移量。本实施方式中，所述第三偏移量的计算方法与上述第一偏移量的计算方法相同。
一实施方式中，所述第一图像20和第二图像30包括对相同目标进行拍摄的基因测序图像，所述第一图像20和第二图像30为大小相同的方形，包括沿第一方向X的第一边长和第二方向Y的第二边长，第一方向X垂直于第二方向Y。较佳实施方式中，所述特征区域、特征扩大区域和特征增大区域为方形，分别包括沿第一方向X的第一边长和第二方向Y的第二边长。所述特征区域、特征扩大区域、特征增大区域都位于对应图像的中心，且对应边长依次递增，最好是倍增，即所述第一特征区域22位于第一特征扩大区域23的中心，第一特征扩大区域23位于第一特征增大区域24的中心，所述第一特征增大区域24位于第一图像20的中心。所述第二特征区域32位于第二特征扩大区域33的中心，第二特征扩大区域33位于第二特征增大区域34的中心，所述第二特征增大区域34位于第二图像30的中心。
一实施方式中，所述第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量为沿第一方向X或第二方向Y的偏移量，所述第一偏移阈值为特征区域第一边长或第二边长的一半，所述第二偏移阈值为特征扩大区域第一边长或第二边长的一半，所述第三偏移阈值为特征增大区域第一边长或第二边长的一半。
较佳实施方式中，如果所述第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量为沿第一方向X的偏移量，所述第一偏移阈值为特征区域第一边长的一半，所述第二偏移阈值为特征扩大区域第一边长的一半，所述第三偏移阈值为特征增大区域第一边长的一半。如果所述第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量为沿第二方向Y的偏移量，所述第一偏移阈值为特征区域第二边长的一半，所述第二偏移阈值为特征扩大区域第二边长的一半，所述第三偏移阈值为特征增大区域第二边长的一半。
较佳实施方式中，所述第一误差阈值和第二误差阈值为第一图像20或第二图像30中2个像素点的距离。
较佳实施方式中，所述特征区域的第一或第二边长、特征扩大区域第一或第二边长、以及特征增大区域第一或第二边长都小于所述第一图像20或第二图像30对应的第一边长的一半。
请一并参考图5-图7，本发明第一实施方式提供一种图像拍摄对位方法，其包括步骤S51-S56。
步骤S51, 提供一成像装置，所述成像装置包括获取图像的拍摄装置以及正对拍摄装置的载物平台60，载物平台60可从复位点o开始沿X坐标轴方向移动和/或沿Y坐标轴方向移动。本实施方式中，拍摄装置包括镜头和获取图像的CCD图像传感器。
步骤S52,放置样本61于载物平台60上，移动载物平台60使拍摄装置步进扫描样本61，以确定样本区域内一矩形拍照区域62。一实施方式中，所述样本61为高通量基因测序样本，所述样本61包括多个待识别磁珠，由于磁珠体积较小且在边缘附近有不易识别的情况，因此选定高通量基因测序样本的中心附近矩形区域作为矩形拍照区域62，以便准确识别矩形拍照区域62对应图像的信息。本实施中，所述复位点位于拍照区域62之外。
步骤S53，分割所述矩形拍照区域62为多个呈矩阵排列的子区域63，呈矩阵排列子区域63包括沿X坐标轴方向排列的多行子区域。
一实施方式中，拍摄装置的聚焦范围远小于标样61的面积，对基因测序样本的拍摄以预先选择的成像效果较好的矩形拍照区域62进行。实际拍摄时，将预先选好的矩形拍照区域62分割为多个适配成像装置的聚焦范围的子区域63，然后移动成像装置分别对每个子区域63进行拍摄，最后合成将整个矩形拍照区域62的图像。本实施方式中，多个子区域63呈矩阵排列且包括沿X坐标轴方向排列的多行子区域，例如A1-A5…D1-D5。
步骤S54，移动载物平台对预定子区域进行两次图像拍摄，以获得第一图像和第二图像。本实施方式中，所述步骤S54包括步骤S541-S543。
步骤S541，将一预定子区域定义为对位参考子区域，本实施方式中定义图6中距离复位点o最近的子区域A1为对位参考子区域。
步骤S542，从复位点开始移动载物平台，第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域并进行第一次图像拍摄，获得第一图像。
一实施方式中，请继续参考图2，从复位点o沿Y轴方向移动载物平台60，如图2中线路Y1，使拍摄装置和第一行子区域A1-A5的Y坐标（0, Y1）对齐。然后沿X坐标移动载物平台60，如图2中线路X1，即从复位点的X坐标（0, Y1）开始移动载物平台60,使拍摄装置对位于该第一行子区域A1-A5的右边界子区域A1进行第一次拍摄，以获得第一图像，本实施方式所述右边界子区域A1作为预定子区域为第一行距离复位点的X坐标最近的子区域63。较佳实施方式中，所述第一条件为使用灯光照亮样本区域。
步骤S543，从复位点开始移动载物平台，第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域并进行二次图像拍摄，获得第二图像。
一实施方式中，请参考图2，再次从复位点o沿Y轴方向移动载物平台60，如图2中线路Y1，使拍摄装置和第一行子区域A1-A5的Y坐标（0, Y1）对齐。然后沿X坐标移动载物平台60，如图2中线路X1，即从复位点的X坐标（0, Y1）开始移动载物平台60,使拍摄装置对位于该第一行子区域A1-A5的右边界子区域A1进行第二次拍摄，以获得第二图像。较佳实施方式中，所述第一条件为使用灯光照亮样本区域。
步骤S55，在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域，计算第一图像和第二图像相同面积对应特征区域的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量。本实施方式中，步骤S55进一步包括图8所示的步骤S551-S554 。
步骤S551，一并参考图2-图3，识别第一特征区域22和第二特征区域32之间的第一偏移量。一实施方式中，定义第一特征区域22为m1,定义第二特征区域32为m2，m1和m2之间的第一偏移量的计算包括如下步骤：
（1）将m1转换为复数矩阵m3，将m2转换为复数矩阵m4；
（2）对m3和m4分别求快速傅里叶变换；
（3）求m4的共轭矩阵，并利用此矩阵对m3求能量谱；
（4）对m3求快速傅里叶逆变换，从频域再次回到时域；
（5）对m3实数矩阵化得到矩阵m，将矩阵m排序，找到极值点以及其行列坐标,确定m1和m2之间的偏移的位置和第一偏移量。
步骤S552，识别第一特征扩大区域和第二特征扩大区域之间的第二偏移量。本实施方式中，所述第二偏移量的计算方法与上述第一偏移量的计算方法相同。
步骤S553，当第一偏移量小于等于第一偏移阈值，第二偏移量小于等于第二偏移阈值，且第一偏移量和第二偏移量之间的差值小于等于第一误差阈值，将第二偏移量定义为第一图像20和第二图像30之间的配准偏移量。
步骤S554，当第一偏移量大于第一偏移阈值或第二偏移量大于第二偏移阈值，进一步在第一图像20中选取第一特征增大区域24作为同心特征区域，在第二图像30中选取对应的第二特征增大区域34作为同心特征区域，获得第一特征增大区域24和第二特征增大区域34之间的第三偏移量，当第三偏移量小于等于第三偏移阈值，且第二偏移量和第三偏移量之间的差值小于等于第二误差阈值，将第三偏移量定义为第一图像20和第二图像30之间的配准偏移量。本实施方式中，所述第三偏移量的计算方法与上述第一偏移量的计算方法相同。
一实施方式中，所述第一图像20和第二图像30包括对相同目标进行拍摄的基因测序图像，所述第一图像20和第二图像30为大小相同的方形，包括沿第一方向X的第一边长和第二方向Y的第二边长，第一方向X垂直于第二方向Y。较佳实施方式中，所述特征区域、特征扩大区域和特征增大区域为方形，分别包括沿第一方向X的第一边长和第二方向Y的第二边长。所述特征区域、特征扩大区域、特征增大区域都位于对应图像的中心，且对应边长依次递增，最好是倍增，即所述第一特征区域22位于第一特征扩大区域23的中心，第一特征扩大区域23位于第一特征增大区域24的中心，所述第一特征增大区域24位于第一图像20的中心。所述第二特征区域32位于第二特征扩大区域33的中心，第二特征扩大区域33位于第二特征增大区域34的中心，所述第二特征增大区域34位于第二图像30的中心。
一实施方式中，所述第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量为沿第一方向X或第二方向Y的偏移量，所述第一偏移阈值为特征区域第一边长或第二边长的一半，所述第二偏移阈值为特征扩大区域第一边长或第二边长的一半，所述第三偏移阈值为特征增大区域第一边长或第二边长的一半。
较佳实施方式中，如果所述第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量为沿第一方向X的偏移量，所述第一偏移阈值为特征区域第一边长的一半，所述第二偏移阈值为特征扩大区域第一边长的一半，所述第三偏移阈值为特征增大区域第一边长的一半。如果所述第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量为沿第二方向Y的偏移量，所述第一偏移阈值为特征区域第二边长的一半，所述第二偏移阈值为特征扩大区域第二边长的一半，所述第三偏移阈值为特征增大区域第二边长的一半。
较佳实施方式中，所述第一误差阈值和第二误差阈值为第一图像20或第二图像30中2个像素点的距离。
较佳实施方式中，所述特征区域的第一或第二边长、特征扩大区域第一或第二边长、以及特征增大区域第一或第二边长都小于所述第一图像20或第二图像30对应的第一边长的一半。
步骤S56，根据配准偏移量校正拍摄装置对位每个子区域时载物平台的移动坐标。
本实施方式中，根据图像和样本放大比例关系k将配准偏移量换算为载物平台的移动误差。一实施例中，载物平台从复位点o沿X轴、Y轴方向移动并校正移动误差，使拍摄装置依次对位每个子区域并进行图像拍摄。一实施方式中，设原来每个子区域的坐标为（x,y）, 第一图像和第二图像之间的配准偏移量如图9所示为（w1,h1），则校正移动误差后每个子区域的坐标为（x-kw1,y-kh1）。
参考图10，替代实施方式中，步骤S55之后还包括平台的移动误差二次校正步骤，用于判断配准偏移量δ1在预设阈值范围内时候，移动载物平台以校正偏移量后控制拍摄装置拍摄预定子区域的第三图像并再次计算载物平台的移动误差，其包括步骤S146-S150。
本实施方式中，所述步骤S146，用于判断步骤S55计算产生的配准偏移量δ1是否在预设阈值范围内，如果配准偏移量δ1小于第一预设阈值或大于第二预设阈值，则结束流程，停止载物平台校正移动误差。如果配准偏移量δ1在预设阈值范围内，即第二预设阈值≥配准偏移量δ1≥第一预设阈值，则执行步骤S147。
本实施方式中，所述步骤S147用于控制移动载物平台以校正配准偏移量δ1，例如将载物平台移动至校正后预定子区域的坐标，一实施方式中，如果预定子区域的原坐标为（x0,y0）, 第一图像和第二图像之间的配准偏移量如图9所示为（w1,h1），则校正配准偏移量δ1后预定子区域的坐标为（x0-kw1,y0-kh1），第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域并进行第三次图像拍摄，获得第三图像。
本实施方式中，所述步骤S148用于计算第一图像和第三图像之间的配准偏移量δ2并换算为载物平台的移动误差。
一实施方式中，参考图8和步骤S55相同的方法，计算第一图像和第三图像之间的配准偏移量δ2，根据图像和样本放大比例关系k将偏移量换算为载物平台的移动误差。一具体实施方式中，预定子区域63的当前坐标为（x0-kw1,y0-kh1）, 第一图像和第三图像之间的偏移量δ2示为（w2,h2），则校正移动误差后预定子区域的坐标为（x0-kw2-kw1,y0-kh2-kh1）。
本实施方式中，所述步骤S149用于判断步骤S148计算产生的偏移量δ2是否在预设阈值范围内，如果偏移量δ2小于第一预设阈值或大于第二预设阈值，则结束流程，停止载物平台校正移动误差。如果偏移量δ2在预设阈值范围内，即第二预设阈值≥配准偏移量δ1≥第一预设阈值，执行步骤S150.
本实施方式中，所述步骤S150用于进一步判断配准偏移量δ2是否小于配准偏移量δ1，如果配准偏移量δ2小于配准偏移量δ1，则执行步骤S56, 根据配准偏移量δ1和δ2校正拍摄装置对位每个子区域时载物平台的移动坐标。如果配准偏移量δ2大于等于配准偏移量δ1，则结束流程，停止或结束载物平台校正移动误差。
本实施方式中，所述配准偏移量使用绝对值进行判断，所述第一预设阈值可以为6-10个像素距离，第二预设阈值可以为700-900个像素距离，较佳实施方式中，所述第一预设阈值为8个像素距离，第二预设阈值可以为800个像素距离，所述预设阈值范围为8-800像素距离。
替代实施方式中，结束流程前还发出错误报警提示，所述错误提示可以是声音报警、文字报警或弹窗报警中的一种或多种。
请一并参考图11-13，本发明第三实施方式提供一种图像拍摄对位系统100，所述图像拍摄对位系统100包括成像装置110、拍照区域确定模块120、拍照区域分割模块130、校正参考拍摄模块140、图像偏移计算模块150、移动坐标校正模块160、二次校正模块170以及荧光图拍摄模块180。
请一并参考图6，所述成像装置110包括获取图像的拍摄装置以及正对拍摄装置的载物平台60，载物平台60可从复位点o开始沿X坐标轴方向移动和/或沿Y坐标轴方向移动。本实施方式中，拍摄装置包括镜头和获取图像的CCD图像传感器。
所述拍照区域确定模块120用于控制移动载物平台60使拍摄装置步进扫描位于载物平台60上的样本61，进而确定样本区域内一矩形拍照区域62。一实施方式中，所述样本61为高通量基因测序样本，所述样本61包括多个待识别磁珠，由于磁珠体积较小且在边缘附近有不易识别的情况，因此选定高通量基因测序样本的中心附近矩形区域作为矩形拍照区域62，以便准确识别矩形拍照区域62对应图像的信息。本实施中，所述复位点位于拍照区域62之外。
所述拍照区域分割模块130用于控制分割所述矩形拍照区域62为多个子区域63，多个子区域63包括沿X坐标轴方向排列的多行子区域。一实施方式中，拍摄装置的聚焦范围远小于标样61的面积，对基因测序样本的拍摄以预先选择的成像效果较好的矩形拍照区域62进行。实际拍摄时，将预先选好的矩形拍照区域62分割为多个适配成像装置的聚焦范围的子区域63，然后移动成像装置分别对每个子区域63进行拍摄，最后合成将整个矩形拍照区域62的图像。本实施方式中，多个子区域63呈矩阵排列。
所述校正参考拍摄模块140用于控制移动载物平台60对预定子区域63进行两次图像拍摄，以获得第一图像20和第二图像30。本实施例中，所述校正参考拍摄模块140进一步包括参考定义模块141、第一图像拍摄模块142以及第二图像拍摄模块143。
所述参考定义模块141将一预定子区域例如距离复位点o最近的子区域63定义为对位参考子区域。第一图像拍摄模块142用于控制从复位点开始移动载物平台60，第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域63并进行第一次图像拍摄，获得第一图像。所述第二图像拍摄模块143用于控制从复位点开始移动载物平台60，第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域63并进行二次图像拍摄，获得第二图像。
所述图像偏移计算模块150用于计算第一图像20和第二图像30对应特征区域的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量。本实施例中，所述图像偏移计算模块150进一步包括特征区域定义模块151、特征偏移计算模块152以及配准偏移定义模块153。替代实施方式中，所述图像偏移计算模块150也可独立为图像配准系统并应用于其他需要对两幅图像进行配准或偏移计算的装置中，例如具有照相功能的手机、笔记本、平板电脑。
所述特征区域定义模块151用于在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域。一实施方式中，所述同心特征区域的数量为两个，如图2-图3中所示的实线方框。第一图像20定义的同心特征区域包括图2所示的第一特征区域22和第一特征扩大区域23。第二图像30定义的同心特征区域包括图3所示的第二特征区域32和第二特征扩大区域33。本实施方式中，所述第一图像20和第二图像30为方形，且包括对相同目标进行拍摄的基因测序图像。第一图像20中，所述第一特征区域22位于第一特征扩大区域23的中心，第一特征扩大区域23位于第一图像20的中心。第二图像30中，所述第二特征区域32位于第二特征扩大区域33的中心，第二特征扩大区域位于第二图像30的中心。第一特征区域22和第二特征区域32大小和面积相同，第一特征扩大区域23和第二特征扩大区域33大小和面积相同。
所述特征偏移计算模块152用于计算第一图像20和第二图像30对应特征区域的偏移量，以获得第一图像20和第二图像30之间的配准偏移量。本实施例中，所述特征偏移计算模块152用于计算第一特征区域22和第二特征区域32之间的第一偏移量，并计算第一特征扩大区域和第二特征扩大区域之间的第二偏移量。
所述配准偏移定义模块153用于当第一偏移量小于等于第一偏移阈值，第二偏移量小于等于第二偏移阈值，且第一偏移量和第二偏移量之间的差值小于等于第一误差阈值，将第二偏移量定义为第一图像20和第二图像30之间的配准偏移量。
替代实施方式中，当第一偏移量大于第一偏移阈值或第二偏移量大于第二偏移阈值，所述特征偏移计算模块152进一步在第一图像20中选取或定义第一特征增大区域24作为同心特征区域，在第二图像30中选取或定义对应的第二特征增大区域34作为同心特征区域，计算第一特征增大区域24和第二特征增大区域34之间的第三偏移量。所述配准偏移定义模块153用于当第三偏移量小于等于第三偏移阈值，且第二偏移量和第三偏移量之间的差值小于等于第二误差阈值时，将第三偏移量定义为第一图像20和第二图像30之间的配准偏移量。
所述平台移动校正模块160用于根据配准偏移量校正拍摄装置对位每个子区域时载物平台的移动坐标。一实施方式中，载物平台从复位点o沿X轴、Y轴方向移动并校正移动误差，使拍摄装置依次对位每个子区域。一实施方式中，设原来每个子区域的坐标为（x,y）,第一图像和第二图像之间的配准偏移量如图6所示为（w1,h1），则校正移动误差后每个子区域的坐标为（x-kw1,y-kh1）。
所述二次校正模块170用于判断当所述配准偏移量在预设阈值范围内时候，控制拍摄装置拍摄预定子区域的第三图像并再次计算载物平台的移动误差。当第一图像和第三图像之间的配准偏移量在预设阈值范围内，且第一图像和第三图像之间的配准偏移量小于第一图像和第二图像之间的配准偏移量时，根据两次配准偏移量校正拍摄装置对位每个子区域时载物平台的移动坐标。一具体实施方式中，所述移动误差计算模块170计算产生的配准偏移量δ1是否超出预设阈值范围，如果超出预设阈值范围，则所述移动坐标校正模块170结束流程，停止载物平台移动误差校正。如果在预设阈值范围内，移动载物平台以校正配准偏移量δ1，第一条件下再次使拍摄装置对位所述预定子区域并进行第三次图像拍摄，获得第三图像。然后计算第一图像和第三图像之间的偏移量δ2；接着判断偏移量δ2是否超出预设阈值范围，如果超出预设阈值范围，则所述移动坐标校正模块170结束流程，停止载物平台移动误差校正。如果偏移量δ2在预设阈值范围内，进一步判断偏移量δ2是否小于配准偏移量δ1，如果偏移量δ2小于配准偏移量δ1，则根据配准偏移量δ1和δ2校正拍摄装置对位每个子区域时载物平台的移动坐标。如果偏移量δ2大于等于配准偏移量δ1，则结束流程，停止载物平台校正移动误差。本实施方式中，所述预设阈值范围为8-800像素距离。替代实施方式中，关于二次校正模块170的详细描述还可以参见前述步骤S146-S150。
所述荧光图拍摄模块180用于控制校正移动坐标后的移动载物平台依次对一行每个子区域进行在第二条件下的图像拍摄，完成整个矩形拍照区域的图像拍摄。本实施方式中，所述第二条件为样本区域自发荧光。本实施方式中，所述第二条件为样本区域自发荧光。
相对于现有技术，本发明图像配准方法和系统在需要配准的图像中选取至少两个不同面积的同心特征区域一一进行图像偏移计算，不但减少了图像偏移计算的工作量还提高了图像配准的准确度。本发明的图像拍摄对位方法和系统在对多个子区域正式拍摄图像之前，先对预定子区域（对位参考子区域）进行两次图像拍摄，并根据两次图像拍摄结果校正载物平台的移动误差，可以最大限度消除或减少平台移动误差导致相同子区域前后拍摄的多幅图像之间发生较大的偏移，提高基因测序后续图像数据处理的准确性。当偏移量超出预设阈值时候，本发明还可以控制拍摄装置拍摄预定子区域的第三图像并再次计算载物平台的移动误差，进一步防止移动误差校正过度。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (21)
1.一种图像配准方法，包括：
提供第一图像和第二图像；
在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域；以及
计算第一图像和第二图像对应特征区域之间的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
2.根据权利要求1所述的图像配准方法，其特征在于，第一图像的同心特征区域包括第一特征区域和第一特征扩大区域，第二图像的同心特征区域包括第二特征区域和第二特征扩大区域，所述计算第一图像和第二图像对应特征区域的偏移量包括：识别第一特征区域和第二特征区域之间的第一偏移量以及第一特征扩大区域和第二特征扩大区域之间的第二偏移量，当第一偏移量小于等于第一偏移阈值，第二偏移量小于等于第二偏移阈值，且第一偏移量和第二偏移量之间的差值小于等于第一误差阈值，将第二偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
3.根据权利要求2所述的图像配准方法，其特征在于，当第一偏移量大于第一偏移阈值或第二偏移量大于第二偏移阈值，进一步包括在第一图像中定义第一特征增大区域，在第二图像中定义第二特征增大区域，识别第一特征增大区域和第二特征增大区域之间的第三偏移量，当第三偏移量小于等于第三偏移阈值，且第二偏移量和第三偏移量之间的差值小于等于第二误差阈值，将第三偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
4.根据权利要求3所述的图像配准方法，其特征在于，所述第一图像和第二图像包括对相同目标进行拍摄的图像，所述特征区域、特征扩大区域、特征增大区域都位于对应图像的中心，且对应边长依次递增。
5.根据权利要求4所述的图像配准方法，其特征在于，所述特征区域、特征扩大区域和特征增大区域为方形，分别包括沿第一方向的第一边长和第二方向的第二边长，第一方向垂直于第二方向，所述第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量为沿第一方向的偏移量，所述第一偏移阈值为特征区域第一边长的一半，所述第二偏移阈值为特征扩大区域第一边长的一半，所述第三偏移阈值为特征增大区域第一边长的一半。
6.根据权利要求4所述的图像配准方法，其特征在于，所述特征区域、特征扩大区域和特征增大区域为方形，分别包括沿第一方向的第一边长和第二方向的第二边长，第一方向垂直于第二方向，所述第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量为沿第二方向的偏移量，所述第一偏移阈值为特征区域第二边长的一半，所述第二偏移阈值为特征扩大区域第二边长的一半，所述第三偏移阈值为特征增大区域第二边长的一半。
7.根据权利要求5或6所述的图像配准方法，其特征在于，所述第一图像和第二图像为大小相同的方形，包括沿第一方向的第一边长和第二方向的第二边长，第一方向垂直于第二方向，所述特征扩大区域第一边长和特征增大区域第一边长小于所述第一图像第一边长的一半。
8.一种图像配准系统，包括：
特征区域定义模块，用于在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域；以及
特征偏移计算模块，用于计算第一图像和第二图像对应特征区域之间的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
9.根据权利要求8所述的图像配准系统，其特征在于，第一图像的同心特征区域包括第一特征区域和第一特征扩大区域，第二图像的同心特征区域包括第二特征区域和第二特征扩大区域，所述第一图像和第二图像对应特征区域的偏移量包括第一特征区域和第二特征区域之间的第一偏移量，第一特征扩大区域和第二特征扩大区域之间的第二偏移量。
10.根据权利要求9所述的图像配准系统,进一步包括配准偏移定义模块，其用于当第一偏移量小于等于第一偏移阈值，第二偏移量小于等于第二偏移阈值，且第一偏移量和第二偏移量之间的差值小于等于第一误差阈值，将第二偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
11.根据权利要求10所述的图像配准系统,进一步包括配准偏移定义模块，其特征在于，当第一偏移量大于第一偏移阈值或第二偏移量大于第二偏移阈值，特征区域定义模块进一步在第一图像中定义第一特征增大区域，在第二图像中定义第二特征增大区域，特征偏移计算模块计算第一特征增大区域和第二特征增大区域之间的第三偏移量，当第三偏移量小于等于第三偏移阈值，且第二偏移量和第三偏移量之间的差值小于等于第二误差阈值，配准偏移定义模块将第三偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
12.一种图像拍摄对位方法，其特征在于包括：
提供一成像装置，所述成像装置包括获取图像的拍摄装置以及正对拍摄装置的载物平台，载物平台可从复位点开始沿X坐标轴方向移动和/或沿Y坐标轴方向移动；
放置样本于载物平台上，移动载物平台使拍摄装置步进扫描样本，以确定样本区域内一矩形拍照区域；
分割所述矩形拍照区域为多个呈矩阵排列的子区域；
移动载物平台对预定子区域进行两次图像拍摄，以获得第一图像和第二图像；
在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域，计算第一图像和第二图像对应特征区域的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量，以及
根据所述配准偏移量校正拍摄装置对位每个子区域时载物平台的移动误差。
13.根据权利要求12所述的图像拍摄对位方法，其特征在于，第一图像的同心特征区域包括第一特征区域和第一特征扩大区域，第二图像的同心特征区域包括第二特征区域和第二特征扩大区域，所述计算第一图像和第二图像对应特征区域的偏移量包括：识别第一特征区域和第二特征区域之间的第一偏移量以及第一特征扩大区域和第二特征扩大区域之间的第二偏移量，当第一偏移量小于等于第一偏移阈值，第二偏移量小于等于第二偏移阈值，且第一偏移量和第二偏移量之间的差值小于等于第一误差阈值，将第二偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
14.根据权利要求12所述的图像拍摄对位方法，其特征在于，所述第一图像为从复位点开始移动载物平台，第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域并进行第一次图像拍摄获得；所述第二图像为从复位点开始移动载物平台，第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域并进行二次图像拍摄获得。
15.根据权利要求12所述的图像拍摄对位方法，其特征在于，校正平台的移动误差后进一步包括：第二条件下移动载物平台对拍照区域内的子区域拍摄图像。
16.根据权利要求15所述的图像拍摄对位方法，其特征在于，所述第一条件为使用灯光照亮样本区域，所述第二条件为样本区域自发荧光。
17.一种图像拍摄对位系统，其特征在于包括：
成像装置，所述成像装置包括获取图像的拍摄装置以及正对拍摄装置的载物平台，载物平台可从复位点开始沿X坐标轴方向移动和/或沿Y坐标轴方向移动；
拍照区域确定模块，用于控制放置样本于载物平台上，移动载物平台使拍摄装置步进扫描样本，以确定样本区域内一矩形拍照区域；
拍照区域分割模块，用于控制分割所述矩形拍照区域为多个呈矩阵排列的子区域，呈矩阵排列子区域包括沿X坐标轴方向排列的多行子区域；
校正参考拍摄模块，用于移动载物平台对预定子区域进行两次图像拍摄，以获得第一图像和第二图像；以及
图像偏移计算模块，用于在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域，计算第一图像和第二图像对应特征区域的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
18.根据权利要求17所述的图像拍摄对位系统，进一步包括移动坐标校正模块，用于根据配准偏移量校正拍摄装置对位每个子区域时载物平台的移动坐标。
19.根据权利要求17所述的图像拍摄对位系统，其特征在于，校正参考拍摄模块包括：
参考定义模块，用于将一预定子区域定义为对位参考子区域；
第一图像拍摄模块，用于控制从复位点开始移动载物平台，第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域并进行第一次图像拍摄，获得第一图像；以及
第二图像拍摄模块，用于控制从复位点开始移动载物平台，第一条件下使拍摄装置对位所述预定子区域并进行二次图像拍摄，获得第二图像。
20.根据权利要求17所述的图像拍摄对位系统，其特征在于，所述图像偏移计算模块包括：
特征区域定义模块，在第一图像定义至少两个不同面积的同心特征区域，在第二图像定义对应的至少两个不同面积的同心特征区域；
特征偏移计算模块，用于计算第一图像和第二图像对应特征区域的偏移量，以获得第一图像和第二图像之间的配准偏移量；以及
配准偏移定义模块，用于当第一偏移量小于等于第一偏移阈值，第二偏移量小于等于第二偏移阈值，且第一偏移量和第二偏移量之间的差值小于等于第一误差阈值，将第二偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
21.根据权利要求20所述的图像拍摄对位系统，其特征在于，当第一偏移量大于第一偏移阈值或第二偏移量大于第二偏移阈值，特征区域定义模块进一步在第一图像中定义第一特征增大区域，在第二图像中选取第二特征增大区域，特征偏移计算模块计算第一特征增大区域和第二特征增大区域之间的第三偏移量，当第三偏移量小于等于第三偏移阈值，且第二偏移量和第三偏移量之间的差值小于等于第二误差阈值，配准偏移定义模块将第三偏移量定义为第一图像和第二图像之间的配准偏移量。
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