CN110634111B - 基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法及系统,针对皮肤图像及类似情况,采用血管区域灰度均值的变化来反映光透明程度趋势。针对皮肤图像及类似情况,采用图像灰度值归一化后,采用血管区域灰度均值下降百分比(相对值)的变化来反映光透明程度趋势。针对皮肤图像及类似情况,采用血管区域像素数量的变化来反映光透明程度趋势。本发明以血管区域所在的皮肤为分析要素,从血管区域的灰度均值变化和所含像素数量的变化两个特征参数的变化分析此区域皮肤透明效果变化的情况。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域,尤其涉及基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法及系统。
背景技术
皮肤光透明技术在使用过程中,皮肤由浑浊状态逐渐转为透明状态,皮下血管也逐渐呈现清晰的状态,在此过程中,皮肤光透明状态的变化一般使用专业的激光光源、OCT、相机和光谱仪来分析皮肤图像或者皮肤上反射光和透射光的综合情况,设备不仅价格高昂而且不易实施。
为解决皮肤光透明程度测量过程中使用设备成本过高、操作复杂的缺点,发明专利“一种基于图像灰度的皮肤光透明程度分析方法及其装置”建立了一种在白光照射下基于图像中点及其ROI区域的光透明程度分析方法。但是这种方法有其不足之处,只能从采样点来描述皮肤透明程度的变化,采样点的选择定位在不同时刻不易确定,同时不能从总体上描述整张图片中血管区域的皮肤透明程度究竟如何。
发明内容
本发明的目的在于提供基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法及系统,以克服采样点选择的困难,并更加精准描述血管区域总体透明程度的变化。
本发明采用的技术方案是:
基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法,其包括以下步骤:
步骤1,通过图像采集装置实时获取光透明皮肤样品的彩色图像,
步骤2,从彩色图像中选定感兴趣区域并将彩色图像转成灰度图;
步骤3,对感兴趣区域的灰度图进行锐化;
步骤4,计算感兴趣区域的灰度图中血管区域提取的阈值Ith;
步骤5,将感兴趣区域的灰度图上所有点的灰度值I与阈值Ith相比较,并依比较结果进行灰度转换提取得到血管区域ROIV;
当感兴趣区域的灰度图上点的灰度值I不小于阈值时,则将该点的灰度值重新赋值为255;
当感兴趣区域的灰度图上点的灰度值I小于阈值时,则保持该点的灰度值不变;
步骤6,计算感兴趣区域的灰度图的初始灰度均值,计算公式如下:
式中,M和N分别是感兴趣区域的宽度和高度的像素数量,
步骤7,分别计算血管区域ROIV的像素数量NP、灰度均值IAVG、灰度均值下降百分比PV;
步骤8,将血管区域在不同时间的像素数量NP、灰度均值IAVG、灰度均值下降百分比PV按照时间坐标绘制成曲线图以判断光透明皮肤样品的透明效果程度。
进一步地,步骤2的灰度转换转换公式是
IY=0.299IR+0.587IG+0.114IB 公式(1)
其中,IY是灰度信号强度,IR、IG、IB分别是彩色图像的RGB分量中红色、绿色、蓝色分量强度。
进一步地,步骤3中感兴趣区域的灰度图锐化采用拉普拉斯边缘锐化算法进行锐化。
进一步地,步骤4的具体步骤为:先提取感兴趣区域的灰度图的最大值Imax和最小值Imin,并计算得到阈值Ith,计算公式如下:
进一步地,步骤5的具体转换公式如下:
其中(m,n)为图像像素在感兴趣区域的灰度图中坐标。
进一步地,步骤6中当感兴趣区域的灰度图为正方形时,则M=N。
进一步地,步骤7的具体计算步骤如下:
步骤7-1,统计血管区域ROIV的血管像素数量NP,初始值为0,当ROIV中的像素强度I’(m,n)不为255时,NP累加1,直到遍历完所有血管区域ROIV的像素;
步骤7-2,计算血管区域的灰度均值,其计算公式如下:
步骤7-3,计算血管区域的灰度均值下降百分比,其计算公式如下:
进一步地,步骤8中像素数量NP越大代表光透明效果越好,间接反映了所提取血管区域的光透明变化程度;灰度均值越小代表皮肤透明效果越好,灰度均值下降百分比PV越大代表皮肤透明效果越好,直接有效反映出光透明皮肤样品的透明效果程度。
本发明还公开了基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析系统,系统包括光源、相机和终端设备,光源对准皮肤样品设置并使皮肤样品呈光透明状态,相机通过数据线缆与终端设备电连接,相机采集获取光透明皮肤的彩色图像数据并传输至终端设备,终端设备上搭载有根据给出的分析方法编制的计算机程序,计算机程序基于采集的彩色图像数据进行皮肤光透明程度分析。
进一步地,终端设备为台式机、一体机、笔记本电脑、平板电脑或智能手机。
本发明采用以上技术方案,针对皮肤图像及类似情况,采用血管区域灰度均值的变化来反映光透明程度趋势。针对皮肤图像及类似情况,采用图像灰度值归一化后,采用血管区域灰度均值下降百分比(相对值)的变化来反映光透明程度趋势。针对皮肤图像及类似情况,采用血管区域像素数量的变化来反映光透明程度趋势。本发明以血管区域所在的皮肤为分析要素,从血管区域的灰度均值变化和所含像素数量的变化两个特征参数的变化分析此区域皮肤透明效果变化的情况。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明;
图1为本发明基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法的流程示意图;
图2为本发明的感兴趣区域的灰度图上转换提取的ROI血管区域的结果示意图;
图3为本发明的ROI中血管区域像数的变化示意图;
图4为本发明的ROI中血管区域灰度均值示意图;
图5为本发明的ROI中血管区域灰度均值下降百分比示意图;
图6为本发明的基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析系统结构图;
图7为本发明的终端设备的计算机程序界面示意图之一。
图8为本发明的终端设备的计算机程序界面示意图之二。
具体实施方式
如图1-8之一所示,本发明以血管区域所在的皮肤为分析要素,从血管区域的灰度均值变化和所含像素数量的变化两个特征参数的变化分析此区域皮肤透明效果变化的情况。如图1所示,本发明公开了基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法,其包括以下步骤:
步骤1,通过图像采集装置实时获取光透明皮肤样品的彩色图像,
步骤2,从彩色图像中选定感兴趣区域并将彩色图像转成灰度图;
选定皮肤样品感兴趣区域ROI(Region of Interest),像素数量为MxN,M和N分别为ROI的宽度和高度的像数,将图像的RGB分量强度转换成灰度强度信号,灰度转换转换公式是
IY=0.299IR+0.587IG+0.114IB 公式(1)
其中,IY是灰度信号强度,IR、IG、IB分别是彩色图像的RGB分量中红色、绿色、蓝色分量强度。
步骤3,对感兴趣区域的灰度图进行锐化;具体地,步骤3中感兴趣区域的灰度图锐化采用拉普拉斯边缘锐化算法进行锐化,也可以用其他边缘锐化算法。
步骤4,计算感兴趣区域的灰度图中血管区域提取的阈值Ith;先提取感兴趣区域的灰度图的最大值Imax和最小值Imin,并计算得到阈值Ith,计算公式如下:
步骤5,将感兴趣区域的灰度图上所有点的灰度值I与阈值Ith相比较,并依比较结果进行灰度转换提取得到血管区域ROIV,如图2所示;
当感兴趣区域的灰度图上点的灰度值I不小于阈值时,则将该点的灰度值重新赋值为255;
当感兴趣区域的灰度图上点的灰度值I小于阈值时,则保持该点的灰度值不变;
具体转换公式如下:
其中(m,n)为图像像素在感兴趣区域的灰度图中坐标。
步骤6,计算感兴趣区域的灰度图的初始灰度均值,以光透明之前的ROI区域图像的平均灰度值IROI作为初始条件,计算公式如下:
式中,M和N分别是感兴趣区域的宽度和高度的像素数量,当感兴趣区域的灰度图为正方形时,则M=N。
步骤7,分别计算血管区域ROIV的像素数量NP、灰度均值IAVG、灰度均值下降百分比PV,具体计算步骤如下:
步骤7-1,如图3所示,统计血管区域ROIV的血管像素数量NP,初始值为0,当ROIV中的像素强度I’(m,n)不为255时,NP累加1,直到遍历完所有血管区域ROIV的像素;
步骤7-2,计算血管区域的灰度均值,其计算公式如下:
步骤7-3,计算血管区域的灰度均值下降百分比,其计算公式如下:
步骤8,将血管区域在不同时间的像素数量NP、灰度均值IAVG、灰度均值下降百分比PV按照时间坐标绘制成曲线图以判断光透明皮肤样品的透明效果程度。像素数量NP越大代表光透明效果越好,间接反映了所提取血管区域的光透明变化程度;灰度均值越小代表皮肤透明效果越好,灰度均值下降百分比PV越大代表皮肤透明效果越好,直接有效反映出光透明皮肤样品的透明效果程度。
如图6所示,本发明公开了基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析系统,系统包括光源、相机和终端设备,光源对准皮肤样品设置并使皮肤样品呈光透明状态,相机通过数据线缆与终端设备电连接,相机采集获取光透明皮肤的彩色图像数据并传输至终端设备,终端设备上搭载有根据给出的分析方法编制的计算机程序,计算机程序基于采集的彩色图像数据进行皮肤光透明程度分析。
光透明皮肤样品经过系统中数码相机所采集的图像数据以彩色图形显示在计算机显示器上,并在计算机端以彩色图形格式存储。
光透明皮肤样品经过系统装置中数码相机所采集的图像数据以彩色图形显示在计算机显示器上,并在计算机端以彩色图形格式存储。彩图一般由RGB构成,涉及3种分量,无法综合比较,同一皮肤区域不同时刻的图像虽然可以主观观察光透明效果,但无法从量值上直接判断,所以对采集的图像先将彩图转成灰度图,再提取灰度图中的血管区域,最后从血管区域灰度均值及其百分比变化、血管区域像素数量变化等角度分析光透明变化程度。
如图7或8所示,光透明程度分析的计算程序由若干模块组成,主要的部份有视频观察区、选取ROI的坐标区域、ROI锐化和血管提取功能、ROI血管区域提取显示区域、时间和血管区域灰度均值显示区、灰度变化曲线图等模块。“视频观察区”用于观察数码相机传输过来的视频流并对光透明皮肤样品进行采集,“选取ROI的坐标区域”主要对光透明皮肤样品的图像进行感兴趣区域的选择,经“ROI锐化和血管提取功能按钮”锐化和提取额血管后并显示在“ROI血管区域提取显示区域”,血管区域在不同时刻的灰度均值显示在“时间和灰度均值显示区”,同时可绘制在“血管区域灰度均值变化曲线图”中,由此反映该ROI区域的光透明程度随时间的变化。
进一步地,终端设备为台式机、一体机、笔记本电脑、平板电脑或智能手机。
光透明程度分析的结果:如图4或5所示,根据上述算法和设计的软件提取相关数据,将透明皮肤样品的初始状态、透明状态30分钟、40分钟、50分钟、60分钟ROI血管区域提取出来并计算其灰度均值和灰度均值下降百分比综合列出,可直接观察到透明皮肤样品的透明程度变化趋势。
本发明在测量皮肤光透明程度过程中,获取图像后,采用图像中血管区域的灰度均值、灰度均值下降百分比、灰度像素数量直接和间接地综合反映光透明程度趋势,比“一种基于图像灰度的皮肤光透明程度分析方法及其装置”中使用DOI灰度值及其小区域灰度均值更加精准描述了小块血管区域皮肤的总体光透明效果。
相比之下,“通过激光器照射再使用相机获取的皮肤图像的方法”和“通过OCT技术测量皮肤组织的变化对光的影响”等要使用专用的昂贵的激光器等设备做为光源以获得在同一光照亮度下的皮肤图像,本发明成本低廉。同时,对比“通过激光器照射再使用光谱仪监测反射光和透射光强度的方法”,本发明可从图像某一块极小区域的血管准确反映光透明程度的变化趋势。
需要说明的是:本发明的图像的边缘锐化算法除了上述实施例中所使用的拉普拉斯锐化算法,还有其它诸如Kirsch算子、Roberts算子等数十种方法均可达到类似锐化效果;本发明的抽取血管区域的方法也多达数十种,诸如血管追踪方法、匹配滤波法、局部自适应阈值法等方法;这些具体的技术手段均可以应用于本发明的总体方案中,从事数字图像处理相关研究工作的人可以明显区分其中一个步骤手段和总体方案及指标的区别。
本发明采用以上技术方案,针对皮肤图像及类似情况,采用血管区域灰度均值的变化来反映光透明程度趋势。针对皮肤图像及类似情况,采用图像灰度值归一化后,采用血管区域灰度均值下降百分比(相对值)的变化来反映光透明程度趋势。针对皮肤图像及类似情况,采用血管区域像素数量的变化来反映光透明程度趋势。本发明以血管区域所在的皮肤为分析要素,从血管区域的灰度均值变化和所含像素数量的变化两个特征参数的变化分析此区域皮肤透明效果变化的情况。
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Claims (8)
1.基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法,其特征在于:其包括以下步骤:
步骤1,通过图像采集装置实时获取光透明皮肤样品的彩色图像;
步骤2,从彩色图像中选定感兴趣区域并将彩色图像转成灰度图;
步骤3,对感兴趣区域的灰度图进行锐化;
步骤4,计算感兴趣区域的灰度图中血管区域提取的阈值Ith;
步骤5,将感兴趣区域的灰度图上所有点的灰度值I与阈值Ith相比较,并依比较结果进行灰度转换提取得到血管区域ROIV;
当感兴趣区域的灰度图上点的灰度值I不小于阈值Ith时,表示此点不是血管内的点,则将该点的灰度值重新赋值为255;
当感兴趣区域的灰度图上点的灰度值I小于阈值Ith时,表示此点是血管内的点,则保持该点的灰度值不变;对应的转换公式如下:
其中,(m,n)为图像像素在感兴趣区域的灰度图中坐标,I(m,n)为感兴趣区域(m,n)处点的灰度值,I′(m,n)为I(m,n)转换处理后的灰度值;
步骤6,计算感兴趣区域的灰度图的初始灰度均值,计算公式如下:
式中,M和N分别是感兴趣区域的宽度和高度的像素数量,
步骤7,分别计算血管区域ROIV的像素数量NP、灰度均值IAVG、灰度均值下降百分比PV;具体计算步骤如下:
步骤7-1,统计血管区域ROIV的血管像素数量NP,初始值为0,当ROIV中的像素强度I'(m,n)不为255时,NP累加1,直到遍历完所有血管区域ROIV的像素;
步骤7-2,计算血管区域的灰度均值,其计算公式如下:
步骤7-3,计算血管区域的灰度均值下降百分比,其计算公式如下:
步骤8,将血管区域在不同时间的像素数量NP、灰度均值IAVG、灰度均值下降百分比PV按照时间坐标绘制成曲线图以判断光透明皮肤样品的透明效果程度。
2.根据权利要求1所述的基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法,其特征在于:步骤2的灰度转换转换公式是
IY=0.299IR+0.587IG+0.114IB 公式(1)
其中,IY是灰度信号强度,IR、IG、IB分别是彩色图像的RGB分量中红色、绿色、蓝色分量强度。
3.根据权利要求1所述的基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法,其特征在于:步骤3中感兴趣区域的灰度图锐化采用拉普拉斯边缘锐化算法进行锐化。
5.根据权利要求1所述的基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法,其特征在于:步骤6中当感兴趣区域的灰度图为正方形时,则M=N。
6.根据权利要求1所述的基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法,其特征在于:步骤8中像素数量NP越大代表光透明效果越好,间接反映了所提取血管区域的光透明变化程度;灰度均值越小代表皮肤透明效果越好,灰度均值下降百分比PV越大代表皮肤透明效果越好,直接有效反映出光透明皮肤样品的透明效果程度。
7.基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析系统,其特征在于:系统包括光源、相机和终端设备,光源对准皮肤样品设置并使皮肤样品呈光透明状态,相机通过数据线缆与终端设备电连接,相机采集获取光透明皮肤的彩色图像数据并传输至终端设备,终端设备上搭载有根据权利要求1至6任一所述的基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析方法编制的计算机程序,计算机程序基于采集的彩色图像数据进行皮肤光透明程度分析。
8.根据权利要求7所述的基于血管区域灰度和像数的皮肤光透明分析系统,其特征在于:终端设备为台式机、一体机、笔记本电脑、平板电脑或智能手机。
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