CN117969518A - 一种细胞图像采集方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及细胞图像采集技术领域，尤其涉及一种细胞图像采集方法及系统，方法包括：确定细胞玻片全局视野，在全局视野中定位均布的若干目标点；在低倍镜下，采用自动对焦方式，确定各目标点最清晰图像所对应的焦距值，并根据目标点对应的焦距值拟合采集玻片区域的所述低倍镜的焦距高度曲线；对全局视野进行分割，得到分割后的单区域，根据焦距高度曲线确定所述单区域的拍摄焦距值，依次采集得到单区域图像；以所述全局视野所在平面建立二维坐标系，确定各单区域图像内的感兴趣区域的中期相坐标，转换高倍镜，采用自动对焦方式，获取所述中期相的清晰图像，并输出。在保证细胞图像采集清晰度的同时提高图像采集效率。

Description

一种细胞图像采集方法及系统

技术领域

本发明涉及细胞图像采集技术领域，尤其涉及一种细胞图像采集方法及系统。

背景技术

细胞清晰图像采集技术的背景是多个领域技术的融合与进步，包括光学显微镜、荧光显微镜、成像技术、单细胞分析技术以及人工智能和机器学习等。这些技术的发展为科学家提供了更加强大和高效的工具，用于研究细胞的结构、功能和相互作用。在现有方法中，由于细胞表面不平整，在进行细胞清晰图像采集时需要在不同的拍摄高度下进行，而对于拍摄高度的调整往往基于大量实验和多次调试，使得拍摄效率低。

因此公开号为CN115473999A的中国专利中公开了液基细胞的拍摄方法、拍摄装置及存储介质，获取液基细胞的全景图像，并根据所述全景图像确定所述液基细胞所在的细胞区域；在所述细胞区域内选取多个视野点，并确定每个所述视野点的焦点位置；根据所述多个视野点的焦点位置和所述多个视野点的平面位置构建所述细胞区域的三维模型；基于所述三维模型控制拍摄装置运动并对所述细胞区域进行拍摄。所提供的液基细胞的拍摄方法能够提高拍摄速度。

上述专利中存在的问题：

（1）采用人为干预，调节物镜不同高度，采集效率低，获取到的图像经清晰对比后得到的最佳物镜高度的精度差；

（2）在低倍镜下进行图像的采集，经对比得到的图像的清晰度仍然达不到最优；

（3）若要获得更清晰的图像，采用高倍镜进行图像的采集，需要处理的信息量巨大；

（4）当感兴趣区域出现在成像区域的边界，无法进行有效分析，进而对应采集到的图像失效无法得以应用。

因此，本发明提供一种细胞图像采集方法及系统，用以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种细胞图像采集方法，并进一步提供一种能够运行并实现上述方法的细胞图像采集系统，有效解决细胞图像采集效率低、精度差且采集到的图像失效率相对较高的问题。

本发明的技术方案如下：

第一方面，提出一种细胞图像采集方法，该方法包括如下步骤：

S1、确定细胞玻片全局视野，在全局视野中定位均布的若干目标点；在低倍镜下，采用自动对焦方式，确定各目标点最清晰图像所对应的焦距值，并根据目标点对应的焦距值拟合采集玻片区域的所述低倍镜的焦距高度曲线；

S2、对全局视野进行分割，得到分割后的单区域，根据焦距高度曲线确定所述单区域的拍摄焦距值，依次采集得到单区域图像；

S3、以所述全局视野所在平面建立二维坐标系，确定各单区域图像内的感兴趣区域的中期相坐标，转换高倍镜，采用自动对焦方式，获取所述中期相的清晰图像，并输出。

本发明进一步的改进在于，所述S1、S3中的自动对焦方式主要如下：

a、确定低倍镜/高倍镜的基准高度、步距及步数，以基准高度为初始，在恒定步数内依次发生恒定步距的移动及图像采集，并将采集到的图像进行清晰度对比，获取最高清晰度图像所对应的最佳焦距值；

b、确定向上、向下的偏移幅值及偏移轮次，以当前最佳焦距值为基准，在恒定偏移轮次内沿设定方向发生恒定偏移幅值的移动及图像采集，并经清晰度对比后得到最清晰图像所对应的焦距值；

c、重复执行步骤b；

d、以步骤c中获取的焦距值为最终采集图像的焦距值，低倍镜/高倍镜即可完成自动对焦。

本发明进一步的改进在于，步骤b中在所述偏移轮次内发生的向上或向下的偏移幅值之和小于步骤a中的所述步距；并且，在重复执行步骤b的过程中依次获取的所述偏移幅值逐步递减。

本发明进一步的改进在于，在步骤a和步骤b中，将采集到的图像进行清晰度对比的方法为：

将采集到的图像转化为灰度图像，采用双边滤波法或导向滤波法对灰度图像进行滤波处理，输出第一去噪图像；

对第一去噪图像进行灰度值范围的统一，提取最小灰度值和最大灰度值，采用灰度值线性拉伸公式，将图像的灰度值进行线性拉伸，得到统一灰度值后的第一处理图像；

将所有第一处理图像与对应的初始采集到的图像进行灰度值对比，获取偏差值，以偏差值最大的一组所对应的第一处理图像作为最清晰图像。

本发明进一步的改进在于，所述S2中，对全局视野进行分割得到单区域，相邻所述单区域之间存在区域重合，重合率为8%-10%。

本发明进一步的改进在于，所述S3中，中期相坐标的确定方法为：

基于染色体特征信息，确定染色体所对应的感兴趣区域；

提取感兴趣区域边界处的所有边界点，以单个边界点为圆心，以阈值w为半径的圆形区域内点的数量作为单个边界点周围区域的密度值，计算所有边界点的密度总和；

读取单个边界点的坐标，将其坐标乘以其周围区域的密度值，得到单个边界点的加权坐标，将所有边界点的加权坐标相加的和除以所有边界点的密度总和，得到感兴趣区域的加权几何中心坐标，所述加权几何中心坐标作为中期相坐标。

本发明进一步的改进在于，所述染色体的特征信息包括染色体区域面积、染色体长度、染色体宽度、染色体密集度、染色体方向。

第二方面，提出一种细胞图像采集系统，该系统包括：

分割拟合模块、区域采集模块、图像获取模块；

所述分割拟合模块，用于确定细胞玻片全局视野，在全局视野中定位均布的若干目标点；在低倍镜下，采用自动对焦方式，确定各目标点最清晰图像所对应的焦距值，并根据目标点对应的焦距值拟合采集玻片区域的所述低倍镜的焦距高度曲线；

所述区域采集模块，用于对全局视野进行分割，得到分割后的单区域，根据焦距高度曲线确定所述单区域的拍摄焦距值，依次采集得到单区域图像；

所述图像获取模块，用于以所述全局视野所在平面建立二维坐标系，确定各单区域图像内的感兴趣区域的中期相坐标，转换高倍镜，采用自动对焦方式，获取所述中期相的清晰图像，并输出。

本发明的技术效果如下：

（1）本发明应用于细胞染色体中期相的获取，采用低倍镜与高倍镜的组合，在缩减数据处理量的同时能够保证图像采集的清晰度；具体而言，低倍镜用于实现图像预采集，图像采集量小，并能用于确定中期相坐标，再结合高倍镜的采集，迅速获取最清晰图像。

（2）低倍镜与高倍镜在进行图像采集时，采用自动对焦方式，无需人为干预，自动对焦过程中基于多组步距与步长的设定，对比确定清晰图像，并在当前获取的清晰图像所对应的焦距基础上，进一步确定上下偏移幅值及偏移轮次，不断迭代获取最清晰图像。

（3）在低倍镜图像采集过程中，基于单区域间的区域重叠，避免感兴趣区域出现在区域边界而无法全部获取的情况，进而也避免了采集到的单区域图像无效的情形；在高倍镜图像采集过程中，基于中期相的坐标点的确定，能够保证染色体能够完全落在高倍镜的视野范围内，也保证了图像采集的有效性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为采用传统方法分割后采集得到的部分单区域图像；

图2为本发明对全局视野进行分割后通过低倍镜采集得到的部分单区域图像；

图3为本发明采用高倍镜采集得到的部分染色体的中期相图像。

具体实施方式

实施例1

本实施例提出了一种细胞图像采集方法，以解决细胞图像采集过程中图像采集效率低、清晰度达不到最优、数据处理量大的问题作为目标，构建了一种可实现对细胞图像采集中图像采集效率低、清晰度达不到最优、数据处理量大的问题进行处理的模型系统，在保证细胞图像采集清晰度的同时提高图像采集效率。

具体的，本实施例提出的一种细胞图像采集方法包括以下具体步骤：

首先，确定细胞玻片全局视野，在全局视野中定位均布的若干目标点；在低倍镜下，采用自动对焦方式，确定各目标点最清晰图像所对应的焦距值，并根据目标点对应的焦距值拟合采集玻片区域的低倍镜的焦距高度曲线。

然后，对全局视野进行分割，得到分割后的单区域，根据焦距高度曲线确定单区域的拍摄焦距值，依次采集得到单区域图像。

最后，以全局视野所在平面建立二维坐标系，确定各单区域图像内的感兴趣区域的中期相坐标，转换高倍镜，采用自动对焦方式，获取中期相的清晰图像，并输出。

在本实施例中，在确定细胞玻片全局视野后，在全局视野中定位均布的24个目标点，采用自动对焦方式，获取24个点对应区域的最清晰图像；其中，关于自动对焦方式主要如下：

第一步，确定低倍镜的基准高度H、步距δ及步数k；其中δ=100μm，k=10；

以基准高度H为初始，在恒定步数k内依次发生恒定步距δ的移动及图像采集，进而，低倍镜在高度为H时采集第一张图像，之后每增加一个步距δ再次采集图像，直至低倍镜高度达到H+kδ,过程中总共采集k+1张图像，并将采集到的图像进行清晰度对比，获取最高清晰度图像所对应的最佳焦距值T1；设定k=5时对应采集的图像清晰度最高，进而T1=H+5δ；

第二步，确定向上、向下的偏移幅值a及偏移轮次t，其中a=20μm，t=8；

以当前最佳焦距值T1为基准，在恒定的偏移轮次t内沿设定方向发生恒定的偏移幅值a的移动及图像采集，并经清晰度对比后得到最清晰图像所对应的焦距值T2；

需要说明的是，在该过程中，偏移轮次t设定为偶数，并在以焦距值T1为基准的情况下，发生t/2次向上偏移，以及t/2次向下偏移。为保证数据采集有效性，在本实施方式中，在向上或向下的偏移轮次t/2内发生的上下偏移幅值a之和小于步距δ，即：at＜2δ。该第二步可循环执行，用于不断提高图像采集精度，过程中依次获取的上下偏移幅值逐步递减。同时，采集的基准高度为T1-a·t/2，之后每次向上移动偏移幅值a；又或者，将基准高度设定为T1+a·t/2，之后每次向下移动偏移幅值a。

本实施例中，继续执行一个循环，在下一步循环中，以焦距值T2为基准，重复上述步骤，其中a=5μm，t=6，经采集到的7张图像中最清晰图像所对应的焦距值为T3，低倍镜在T3焦距下即可完成自动对焦。

自动对焦过程中，在每一个焦距基准下，通过对采集得到的图像进行清晰度对比的方式逐步获取最清晰图像，具体实施方式为：首先将采集到的图像转化为灰度图像，采用双边滤波法或导向滤波法对灰度图像进行滤波处理，输出第一去噪图像；然后对第一去噪图像进行灰度值范围的统一，提取最小灰度值和最大灰度值，采用灰度值线性拉伸公式，将图像的灰度值进行线性拉伸，得到统一灰度值后的第一处理图像，灰度值线性拉伸公式为：新灰度值=（原始灰度值-最小灰度值）/（最大灰度值-最小灰度值）·（新灰度范围的最大值-新灰度范围的最小值）+新灰度范围的最小值；最后将所有第一处理图像与对应的初始采集到的图像进行灰度值对比，获取偏差值，以偏差值最大的第一处理图像作为最清晰图像。

在本实施例中，自动对焦过程完成以后，提取24个目标点所对应的24张清晰图像，以及清晰图像所对应的焦距值，拟合生成采集玻片区域的低倍镜的焦距高度曲线。随后对全局视野进行分割，得到分割后的若干单区域，通过焦距高度曲线确定每一个单区域的拍摄焦距值，依次采集得到单区域图像，缩减了数据处理量。

如图1所示，在传统分割方法中，以部分单区域为例，即a1、b1、c1、d1，相邻单区域间不存在区域重合，进而在视野分割后，感兴趣区域部分落在a1内，另一部分落在c1内，由于任一单区域内均无法采集到完整的染色体中期相图像，因此上述单区域图像均无效；而本申请中，结合图2所示，将全局视野分割成单区域时，相邻单区域之间存在区域重合，重合率为8%-10%，基于单区域间的区域重叠，完整的中期相落在的a2内，而在b2、c2、d2中的局部中期相可忽略，基于本申请中区域重叠的方法，减少感兴趣区域出现在区域边界而无法全部获取的情况，进而也避免了采集到的单区域图像无效的情形。

由于低倍镜下的视野偏大，进而对于单区域内的中期相而言，其放大后的清晰度会降低，因此在本申请中低倍镜下的图像获取仅用于定位中期相，之后采用高倍镜进行中期相的拍摄，具有更高的清晰度。

在本实施例中，通过以全局视野所在平面建立二维坐标系，并结合染色体区域面积、染色体长度、染色体宽度、染色体密集度、染色体方向五个维度的特征信息确定各单区域图像内的感兴趣区域的中期相坐标，随后转换高倍镜，采用上述自动对焦方式，获取中期相的清晰图像，并输出。如图3所示，在高倍镜图像采集过程中，基于中期相的坐标点的确定，能够保证染色体能够完全落在高倍镜的视野范围内，也保证了图像采集的有效性。

具体的，中期相坐标的计算方式为：首先基于染色体特征信息，确定染色体所对应的感兴趣区域，提取感兴趣区域边界处的所有边界点，数量为n，边界点的坐标为，，以单个边界点为圆心，以阈值w为半径构建圆形区域，以圆形区域内部点的数量作为单个边界点周围区域的密度值/>，计算所有边界点的密度总和为/>，此处阈值w的设定原则为：圆形区域与中期相的重叠面积不超过中期相面积的10%，具体根据中期相的实际面积而定；然后读取单个边界点的坐标，将其坐标乘以其周围区域的密度值，得到单个边界点的加权坐标/>，将所有边界点的加权坐标相加的和除以所有边界点的密度总和，得到感兴趣区域的加权几何中心坐标/>，其中，/>，/>；加权几何中心坐标即作为中期相坐标。

因此，本实施例中，中期相坐标即为中期相对应的感兴趣区域的几何中心，在采集图像时，高倍镜的中轴线与几何中心对齐，进而保证中期相能够完整的落在高倍镜的视野范围内，避免图像采集失效的问题。

实施例2

本实施例提出了一种细胞图像采集系统，包括分割拟合模块、区域采集模块、图像获取模块；

分割拟合模块，用于确定细胞玻片全局视野，在全局视野中定位均布的若干目标点；在低倍镜下，采用自动对焦方式，确定各目标点最清晰图像所对应的焦距值，并根据目标点对应的焦距值拟合采集玻片区域的低倍镜的焦距高度曲线；

区域采集模块，用于对全局视野进行分割，得到分割后的单区域，根据焦距高度曲线确定单区域的拍摄焦距值，依次采集得到单区域图像；

图像获取模块，用于以全局视野所在平面建立二维坐标系，确定各单区域图像内的感兴趣区域的中期相坐标，转换高倍镜，采用自动对焦方式，获取中期相的清晰图像，并输出。

实施例3

本实施例提供一种电子设备，包括：处理器和存储器，其中，存储器中存储有可供处理器调用的计算机程序；处理器通过调用存储器中存储的计算机程序，执行上述的一种细胞图像采集方法。

该电子设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，能够包括一个或一个以上的处理器（Central Processing Units，CPU）和一个或一个以上的存储器，其中，该存储器中存储有至少一条计算机程序，该计算机程序由该处理器加载并执行以实现上述方法实施例提供的一种细胞图像采集方法。该电子设备还能够包括其他用于实现设备功能的部件，例如，该电子设备还能够具有有线或无线网络接口以及输入输出接口等部件，以便进行数据的输入输出。本实施例在此不做赘述。

所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件（包括固件、驻留软件、微代码等），还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种细胞图像采集方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

S1、确定细胞玻片全局视野，在全局视野中定位均布的若干目标点；在低倍镜下，采用自动对焦方式，确定各目标点最清晰图像所对应的焦距值，并根据目标点对应的焦距值拟合采集玻片区域的所述低倍镜的焦距高度曲线；

S2、对全局视野进行分割，得到分割后的单区域，根据焦距高度曲线确定所述单区域的拍摄焦距值，依次采集得到单区域图像；

S3、以所述全局视野所在平面建立二维坐标系，确定各单区域图像内的感兴趣区域的中期相坐标，转换高倍镜，采用自动对焦方式，获取所述中期相的清晰图像，并输出。

2.根据权利要求1所述的一种细胞图像采集方法，其特征在于：所述S1、S3中的自动对焦方式主要如下：

a、确定低倍镜/高倍镜的基准高度、步距及步数，以基准高度为初始，在恒定步数内依次发生恒定步距的移动及图像采集，并将采集到的图像进行清晰度对比，获取最高清晰度图像所对应的最佳焦距值；

b、确定向上、向下的偏移幅值及偏移轮次，以当前最佳焦距值为基准，在恒定偏移轮次内沿设定方向发生恒定偏移幅值的移动及图像采集，并经清晰度对比后得到最清晰图像所对应的焦距值；

c、重复执行步骤b；

d、以步骤c中获取的焦距值为最终采集图像的焦距值，完成自动对焦。

3.根据权利要求2所述的一种细胞图像采集方法，其特征在于：步骤b中在所述偏移轮次内发生的向上或向下的偏移幅值之和小于步骤a中的所述步距；并且，在重复执行步骤b的过程中依次获取的所述偏移幅值逐步递减。

4.根据权利要求2所述的一种细胞图像采集方法，其特征在于：在步骤a和步骤b中，将采集到的图像进行清晰度对比的方法为：

将采集到的图像转化为灰度图像，采用双边滤波法或导向滤波法对灰度图像进行滤波处理，输出第一去噪图像；

对第一去噪图像进行灰度值范围的统一，提取最小灰度值和最大灰度值，采用灰度值线性拉伸公式，将图像的灰度值进行线性拉伸，得到统一灰度值后的第一处理图像；

将所有第一处理图像与对应的初始采集到的图像进行灰度值对比，获取偏差值，以偏差值最大的一组所对应的第一处理图像作为最清晰图像。

5.根据权利要求1所述的一种细胞图像采集方法，其特征在于：所述S2中，对全局视野进行分割得到单区域，相邻所述单区域之间存在区域重合，重合率为8%-10%。

6.根据权利要求4所述的一种细胞图像采集方法，其特征在于：所述S3中，中期相坐标的确定方法为：

基于染色体特征信息，确定染色体所对应的感兴趣区域；

提取感兴趣区域边界处的所有边界点，以单个边界点为圆心，以阈值w为半径的圆形区域内点的数量作为单个边界点周围区域的密度值，计算所有边界点的密度总和；

读取单个边界点的坐标，将其坐标乘以其周围区域的密度值，得到单个边界点的加权坐标，将所有边界点的加权坐标相加的和除以所有边界点的密度总和，得到感兴趣区域的加权几何中心坐标，所述加权几何中心坐标作为中期相坐标。

7.根据权利要求6所述的一种细胞图像采集方法，其特征在于：所述染色体特征信息包括染色体区域面积、染色体长度、染色体宽度、染色体密集度、染色体方向。

8.一种细胞图像采集系统，基于权利要求1-7任一项所述的一种细胞图像采集方法实现，其特征在于，包括：分割拟合模块、区域采集模块、图像获取模块；

所述分割拟合模块，用于确定细胞玻片全局视野，在全局视野中定位均布的若干目标点；在低倍镜下，采用自动对焦方式，确定各目标点最清晰图像所对应的焦距值，并根据目标点对应的焦距值拟合采集玻片区域的所述低倍镜的焦距高度曲线；

所述区域采集模块，用于对全局视野进行分割，得到分割后的单区域，根据焦距高度曲线确定所述单区域的拍摄焦距值，依次采集得到单区域图像；

所述图像获取模块，用于以所述全局视野所在平面建立二维坐标系，确定各单区域图像内的感兴趣区域的中期相坐标，转换高倍镜，采用自动对焦方式，获取所述中期相的清晰图像，并输出。