CN111445448A - 一种基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法及装置，所述方法包括：将血液样本玻片RGB图像转换为血液样本玻片HSV图像，提取血液样本玻片V通道图像，并根据设定的第一阈值对所述血液样本玻片V通道图像进行二值化处理以得到血液样本玻片二值化图像；对所述血液样本玻片二值化图像进行细胞图像分割处理以提取单个红细胞图像，并根据设定的第二阈值对所述单个红细胞图像进行二值化处理以去除红细胞的中心淡染区；对红细胞非中心淡染区域的单个红细胞图像进行灰度化处理以得到单个红细胞灰度图像，并根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积和血红蛋白含量。本发明能够精确计算单个红细胞面积以及血红蛋白含量。

Description

一种基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法及装置
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法及装置。
背景技术
血红蛋白含量是高等生物体内负责运载氧气和二氧化碳的一种载体蛋白质(缩写为Hb或者HGB)，血红蛋白是使血液呈红色的蛋白，人体内血红蛋白的含量是确定贫血的可靠指标。目前，单细胞血红蛋白含量的测定方法通常采用生化方法进行测定，具体地是将细胞膜打破，释放血红蛋白，然后利用化学药剂进行测定得到单细胞血红蛋白含量。
现有技术中至少存在如下技术问题：采用生化方法测定单细胞血红蛋白含量需要生化实验室条件，测定过程复杂，而且采用生化方法也无法准确测量单个红细胞面积以及血红蛋白含量。
发明内容
本发明提供的一种基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法及装置，能够精确计算单个红细胞面积以及血红蛋白含量。
本发明的第一方面提供了一种基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法，所述方法包括：
将血液样本玻片RGB图像转换为血液样本玻片HSV图像，提取血液样本玻片V通道图像，并根据设定的第一阈值对所述血液样本玻片V通道图像进行二值化处理以得到血液样本玻片二值化图像；
对所述血液样本玻片二值化图像进行细胞图像分割处理以提取单个红细胞图像，并根据设定的第二阈值对所述单个红细胞图像进行二值化处理以去除红细胞的中心淡染区；
对红细胞非中心淡染区域的单个红细胞图像进行灰度化处理以得到单个红细胞灰度图像，并根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积和血红蛋白含量。
进一步的，在所述将血液样本玻片RGB图像转换为血液样本玻片HSV图像之前，还包括：
针对放入显微扫描设备中的血液样本玻片，选择血液样本玻片特定区域进行拍摄，以获得所述血液样本玻片RGB图像；
其中，所述血液样本玻片特定区域为红细胞单个分散开且处于自然排列状态的区域。
进一步的，所述根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的血红蛋白含量的步骤包括：
测定红细胞灰度值
Figure BDA0002417295970000021
其中，x为该像素点系数，x取值为0或1，表示该像素点是否纳入所述红细胞灰度值计算，中心淡染区x取值为0，非中心淡染区x取值为1，g为像素灰度，m为横向像素总个数，n为纵向像素总个数，红细胞灰度值代表血红蛋白的含量高低；
根据所述红细胞灰度值计算血红蛋白含量HGB(g)＝αf(g)，其中，α为转换系数，其是线性或者非线性的。
进一步的，所述根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积的步骤包括：
计算红细胞面积
Figure BDA0002417295970000031
其中，x为像素点系数，取值为0或1，表示该像素点是否纳入所述红细胞面积计算；μ表示该像素点所占的物理空间的大小；m为横向像素总个数，n为纵向像素总个数，所述红细胞面积是所有所述像素点在物理空间的大小。
本发明的另一方面提供了一种基于图像处理的单细胞血红蛋白测定装置，包括：
图像转换模块，用于将血液样本玻片RGB图像转换为血液样本玻片HSV图像，提取血液样本玻片V通道图像，并根据设定的第一阈值对所述血液样本玻片V通道图像进行二值化处理以得到血液样本玻片二值化图像；
图像分割模块，用于对所述血液样本玻片二值化图像进行细胞图像分割处理以提取单个红细胞图像，并根据设定的第二阈值对所述单个红细胞图像进行二值化处理以去除红细胞的中心淡染区；
图像计算模块，用于对红细胞非中心淡染区域的单个红细胞图像进行灰度化处理以得到单个红细胞灰度图像，并根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积和血红蛋白含量。
进一步的，所述装置还包括：
图像采集模块，用于针对放入显微扫描设备中的血液样本玻片，选择血液样本玻片特定区域进行拍摄，以获得所述血液样本玻片RGB图像；
其中，所述血液样本玻片特定区域为红细胞单个分散开且处于自然排列状态的区域。
进一步的，所述图像计算模块包括图像灰度化处理单元、第一图像计算单元和第二图像计算单元；
其中，所述图像灰度处理单元，用于对红细胞非中心淡染区域的单个红细胞二值化图像进行灰度化处理以得到单个红细胞灰度图像；
所述第一图像计算单元，用于根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的血红蛋白含量；
所述第二图像计算单元，用于根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积。
进一步的，所述第一图像计算单元，用于测定红细胞灰度值
Figure BDA0002417295970000041
Figure BDA0002417295970000042
其中，x为该像素点系数，x取值为0或1，表示该处像素点是否纳入所述红细胞灰度值计算，中心淡染区x取值为0，非中心淡染区x取值为1，g为像素灰度，m为横向像素总个数，n为纵向像素总个数，红细胞灰度值代表血红蛋白的含量高低；
根据所述红细胞灰度值计算血红蛋白含量HGB(g)＝αf(g)，其中，α为转换系数，其是线性或者非线性的。
进一步的，所述第二图像计算单元，用于计算红细胞面积
Figure BDA0002417295970000043
Figure BDA0002417295970000044
其中，x为像素点系数，取值为0或1，表示该像素点是否纳入所述红细胞面积计算；μ表示该像素点所占的物理空间的大小；m为横向像素总个数，n为纵向像素总个数，所述红细胞面积是所有所述像素点在物理空间的大小。
本发明的上述技术方案能够产生的有益的技术效果包括：
本发明的基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法及装置，通过非生化方法测定单细胞血红蛋白含量，与现有技术相比，能够精确计算单个红细胞面积以及血红蛋白含量。
附图说明
图1为本发明的基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法的流程示意图；
图2为本发明的血液样本玻片RGB图像的示意图；
图3为本发明的血液样本玻片V通道图像的示意图；
图4为本发明的血液样本玻片二值化图像的示意图；
图5为本发明的提取单个红细胞图像的示意图；
图6为本发明的红细胞非中心淡染区灰度图的示意图；
图7为本发明实施例二提供的基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法的流程示意图；
图8为本发明实施例三提供的基于图像处理的单细胞血红蛋白测定装置的结构示意图；
图9为本发明实施例四提供的基于图像处理的单细胞血红蛋白测定装置的结构示意图；
图10为本发明实施例三和四中的图像计算模块的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1所示，本发明一方面提供了一种基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法，所述方法包括：
S11、将血液样本玻片RGB图像转换为血液样本玻片HSV图像，提取血液样本玻片V通道图像，并根据设定的第一阈值对所述血液样本玻片V通道图像进行二值化处理以得到血液样本玻片二值化图像。
其中，血液样本玻片RGB图像(如图2所示)包括三个颜色通道，R代表红色，G代表绿色，B代表蓝色；HSV图像包括色调H、饱和度S和明度V三个通道，这里是利用红细胞比背景颜色更深的特点，提取血液样本玻片V通道图像(如图3所示)来将红细胞分隔出来。
另外，为了确定血液样本玻片V通道图像中的每一像素是红细胞还是背景，这里通过对血液样本玻片V通道图像进行二值化处理，以得到血液样本玻片二值化图像(如图4所示)，其中，血液样本玻片二值化图像中的白色部分为红细胞，黑色部分为背景。
S12、对所述血液样本玻片二值化图像进行细胞图像分割处理以提取单个红细胞图像(如图5所示)，并根据设定的第二阈值对所述单个红细胞图像进行二值化处理以去除红细胞的中心淡染区。
由于红细胞的中心淡染区不含血红蛋白，因此计算红细胞中血红蛋白含量时需要将中心淡染区去除，从而更准确地计算红细胞的面积和血红蛋白含量。
S13、对红细胞非中心淡染区域的单个红细胞图像进行灰度化处理以得到单个红细胞灰度图像(如图6所示的非黑色区域)，并根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积和血红蛋白含量。
本发明实施例提供的基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法，与现有技术相比，本发明通过非生化方法来测定血红蛋白含量，其测定结果更加直观，而且，本发明通过去除红细胞中心淡染区来计算血红蛋白含量，使得血红蛋白含量测定结果更加准确。综述所述，本发明能够精确计算单个红细胞面积以及血红蛋白含量，且测定结果直观易于判断。
进一步的，如图7所示，在所述S11步骤之前，还包括：
S10、针对放入显微扫描设备中的血液样本玻片，选择血液样本玻片特定区域进行拍摄，以获得所述血液样本玻片RGB图像。
其中，所述血液样本玻片特定区域为红细胞单个分散开且处于自然排列状态的区域。
具体地，将采集到的血液样本玻片放入显微扫描设备中，选择特定血玻片区域，然后定点对焦后拍摄血玻片，以获得血液样本玻片RGB图像。
其中，步骤S13中的所述根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的血红蛋白含量包括：
测定红细胞灰度值
Figure BDA0002417295970000071
其中，x为该像素点系数，x取值为0或1，表示该处像素点是否纳入所述红细胞灰度值计算，中心淡染区x取值为0，非中心淡染区x取值为1，g为像素灰度，m为横向像素总个数，n为纵向像素总个数，红细胞灰度值代表血红蛋白的含量高低；
根据所述红细胞灰度值计算血红蛋白含量HGB(g)＝αf(g)，其中，α为转换系数，其是线性或者非线性的。
α需要通过实际测量去拟合测定，α可以是一个常量，也可以是一个非线性映射关系。
其中，步骤S13中的所述根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积包括：
计算红细胞面积
Figure BDA0002417295970000072
其中，x为像素点系数，取值为0或1，表示该像素点是否纳入所述红细胞面积计算；μ表示该像素点所占的物理空间的大小；m为横向像素总个数，n为纵向像素总个数，所述红细胞面积是所有所述像素点在物理空间的大小。
如计算血红蛋白含量时，某个红细胞灰度为200的像素个数为30个，灰度为190的像素个数为22个，则f(g)为200*30+190*22＝10180，假设α＝0.012，则测得的血红蛋白含量为10180*0.012＝122.16g/L。
本发明根据真实细胞图像进行测算，系数与现有成熟仪器进行校正，可提供准确测量结果，本发明方法与现有设备相比，不需要任何试剂，不破坏细胞形态，可追溯性强，且能统计每一个红细胞面积及血红蛋白值，精度更高。
本发明实施例还提供一种基于图像处理的单细胞血红蛋白测定装置，所述装置包括图像转换模块、图像分割模块、图像计算模块。
图像转换模块21，用于将血液样本玻片RGB图像转换为血液样本玻片HSV图像，提取血液样本玻片V通道图像，并根据设定的第一阈值对所述血液样本玻片V通道图像进行二值化处理以得到血液样本玻片二值化图像。
图像分割模块22，用于对所述血液样本玻片二值化图像进行细胞图像分割处理以提取单个红细胞图像，并根据设定的第二阈值对所述单个红细胞图像进行二值化处理以去除红细胞的中心淡染区。
图像计算模块23，用于对红细胞非中心淡染区域的单个红细胞图像进行灰度化处理以得到单个红细胞灰度图像，并根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积和血红蛋白含量。
本发明实施例提供的基于图像处理的单细胞血红蛋白测定装置，与现有技术相比，本发明通过非生化方法来测定血红蛋白含量，其测定结果更加直观，而且，本发明通过去除红细胞中心淡染区来计算血红蛋白含量，使得血红蛋白含量测定结果更加准确。综述所述，本发明能够精确计算单个红细胞面积以及血红蛋白含量，且测定结果直观易于判断。
进一步的，如图9所示，所述装置还包括图像采集模块20，所述图像采集模块，用于针对放入显微扫描设备中的血液样本玻片，选择血液样本玻片特定区域进行拍摄，以获得所述血液样本玻片RGB图像。
其中，所述血液样本玻片特定区域为红细胞单个分散开且处于自然排列状态的区域。
进一步的，如图10所示，所述图像计算模块包括图像灰度化处理单元、第一图像计算单元和第二图像计算单元；
其中，所述图像灰度处理单元，用于对红细胞非中心淡染区域的单个红细胞二值化图像进行灰度化处理以得到单个红细胞灰度图像；
所述第一图像计算单元，用于根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的血红蛋白含量；
所述第二图像计算单元，用于根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积。
具体地，所述第一图像计算单元，用于测定红细胞灰度值，具体计算过程：
测定红细胞灰度值
Figure BDA0002417295970000091
其中，x为该像素点系数，x取值为0或1，表示该处像素点是否纳入所述红细胞灰度值计算，中心淡染区x取值为0，非中心淡染区x取值为1，g为像素灰度，m为横向像素总个数，n为纵向像素总个数，红细胞灰度值代表血红蛋白的含量高低；
根据所述红细胞灰度值计算血红蛋白含量HGB(g)＝αf(g)，其中，α为转换系数，其是线性或者非线性的。
α需要通过实际测量去拟合测定，α可以是一个常量，也可以是一个非线性映射关系。
具体地，所述第二图像计算单元，用于计算红细胞面积，具体计算过程：
红细胞面积
Figure BDA0002417295970000101
其中，x为像素点系数，取值为0或1，表示该像素点是否纳入所述红细胞面积计算；μ表示该像素点所占的物理空间的大小；m为横向像素总个数，n为纵向像素总个数，所述红细胞面积是所有所述像素点在物理空间的大小。
综上所述，一种基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法及装置，所述方法包括：将血液样本玻片RGB图像转换为血液样本玻片HSV图像，提取血液样本玻片V通道图像，并根据设定的第一阈值对所述血液样本玻片V通道图像进行二值化处理以得到血液样本玻片二值化图像；对所述血液样本玻片二值化图像进行细胞图像分割处理以提取单个红细胞图像，并根据设定的第二阈值对所述单个红细胞图像进行二值化处理以去除红细胞的中心淡染区；对红细胞非中心淡染区域的单个红细胞图像进行灰度化处理以得到单个红细胞灰度图像，并根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积和血红蛋白含量。本发明能够精确计算单个红细胞面积以及血红蛋白含量。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种基于图像处理的单细胞血红蛋白测定方法，其特征在于，包括：
将血液样本玻片RGB图像转换为血液样本玻片HSV图像，提取血液样本玻片V通道图像，并根据设定的第一阈值对所述血液样本玻片V通道图像进行二值化处理以得到血液样本玻片二值化图像；
对所述血液样本玻片二值化图像进行细胞图像分割处理以提取单个红细胞图像，并根据设定的第二阈值对所述单个红细胞图像进行二值化处理以去除红细胞的中心淡染区；
对红细胞非中心淡染区域的单个红细胞图像进行灰度化处理以得到单个红细胞灰度图像，并根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积和血红蛋白含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将血液样本玻片RGB图像转换为血液样本玻片HSV图像之前，还包括：
针对放入显微扫描设备中的血液样本玻片，选择血液样本玻片特定区域进行拍摄，以获得所述血液样本玻片RGB图像；
其中，所述血液样本玻片特定区域为红细胞单个分散开且处于自然排列状态的区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的血红蛋白含量的步骤包括：
测定红细胞灰度值
Figure FDA0002417295960000011
其中，x为该像素点系数，x取值为0或1，表示该处像素点是否纳入所述红细胞灰度值计算，中心淡染区x取值为0，非中心淡染区x取值为1，g为像素灰度，m为横向像素总个数，n为纵向像素总个数，红细胞灰度值代表血红蛋白的含量高低；
根据所述红细胞灰度值计算血红蛋白含量HGB(g)＝αf(g)，其中，α为转换系数，其是线性或者非线性的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积的步骤包括：
计算红细胞面积
Figure FDA0002417295960000021
其中，x为像素点系数，取值为0或1，表示该像素点是否纳入所述红细胞面积计算；μ表示该像素点所占的物理空间的大小；m为横向像素总个数，n为纵向像素总个数，所述红细胞面积是所有所述像素点在物理空间的大小。
5.一种基于图像处理的单细胞血红蛋白测定装置，其特征在于，包括：
图像转换模块，用于将血液样本玻片RGB图像转换为血液样本玻片HSV图像，提取血液样本玻片V通道图像，并根据设定的第一阈值对所述血液样本玻片V通道图像进行二值化处理以得到血液样本玻片二值化图像；
图像分割模块，用于对所述血液样本玻片二值化图像进行细胞图像分割处理以提取单个红细胞图像，并根据设定的第二阈值对所述单个红细胞图像进行二值化处理以去除红细胞的中心淡染区；
图像计算模块，用于对红细胞非中心淡染区域的单个红细胞图像进行灰度化处理以得到单个红细胞灰度图像，并根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积和血红蛋白含量。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
图像采集模块，用于针对放入显微扫描设备中的血液样本玻片，选择血液样本玻片特定区域进行拍摄，以获得所述血液样本玻片RGB图像；
其中，所述血液样本玻片特定区域为红细胞单个分散开且处于自然排列状态的区域。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述图像计算模块包括图像灰度化处理单元、第一图像计算单元和第二图像计算单元；
其中，所述图像灰度处理单元，用于对红细胞非中心淡染区域的单个红细胞二值化图像进行灰度化处理以得到单个红细胞灰度图像；
所述第一图像计算单元，用于根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的血红蛋白含量；
所述第二图像计算单元，用于根据所述单个红细胞灰度图像计算整个红细胞的面积。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一图像计算单元，用于测定红细胞灰度值
Figure FDA0002417295960000031
其中，x为该像素点系数，x取值为0或1，表示该处像素点是否纳入所述红细胞灰度值计算，中心淡染区x取值为0，非中心淡染区x取值为1，g为像素灰度，m为横向像素总个数，n为纵向像素总个数，红细胞灰度值代表血红蛋白的含量高低；
根据所述红细胞灰度值计算血红蛋白含量HGB(g)＝αf(g)，其中，α为转换系数，其是线性或者非线性的。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二图像计算单元，用于计算红细胞面积
Figure FDA0002417295960000032
其中，x为像素点系数，取值为0或1，表示该像素点是否纳入所述红细胞面积计算；μ表示该像素点所占的物理空间的大小；m为横向像素总个数，n为纵向像素总个数，所述红细胞面积是所有所述像素点在物理空间的大小。
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