CN1996379A - 一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法 - Google Patents

Abstract

一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，包括：按照预设的重叠率逐一捕获切片的各视野的单元图像，并记录其位置；评估相邻单元图像的拼接可能性，遍历所有单元图像，根据拼接可能性生成最优拼接顺序，根据最优拼接顺序对各单元图像进行拼接，得到每个单元图像的相对位置，再根据每个单元图像的相对位置得出其在整幅图像中的绝对位置，以生成拼接后的整幅图像；保存各单元图像的在整幅图像中的绝对位置信息和各单元图像；通过各单元图像的在整幅图像中的绝对位置信息获取所需的部分单元图像进行显示。本发明克服了现有全自动显微镜系统在获取和处理切片图像过程中，由于整幅图像过大，而在捕获、拼接、存储和浏览等环节产生的上述一系列问题。

Description

一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法

技术领域

本发明涉及一种大图像的拼接、存储和浏览方法，特别是指全自动显微图像的自动拼接、存储和浏览方法。

背景技术

通过全自动显微镜，将多个显微镜视场图像拼接成一幅大图来扩大观察的范围是扩展克服显微镜的有限视场的局限性、提升显微镜的应用的有效方法。目前全自动显微镜由于机械精度问题，捕获的各视场的图像位置会有一定程度的错位，且误差随机，必须对图像之间的相对位置进行调整才能获得连续无缝的拼接图像。同时，由于计算机的内存限制，难以把一个超大图像全部放进计算机内存来进行处理，超大图像的存储和处理与有限的计算机物理内存容量之间具有难以调和的矛盾。

一般来说，全自动显微大图像具有以下几个特点：一，切片上的组织分布随机；二，切片不平整，由于显微镜景深的限制，造成不同视野下的切片画面聚焦不同，倍数越高越明显；三，拼接的图片尺寸巨大，如果每个视野的图像尺寸为800×600像素，那么拼接40×40个视野的图片将达到32000×24000像素，如果图像的格式为24bits的BMP，则存储一幅图像的物理尺寸达到32000×24000×3＝2304MB，而对于不同的应用，可能需要的尺寸更大。保存和浏览这种类型的图片非常消耗计算机系统资源，图像的显示受到物理内存大小的限制，如果对于尺寸更大的图像就根本无法存储和显示。

全自动显微大图像的上述这些特点，大大限制了其应用和发展，因此需要提供一种显微大图像的拼接、存储和浏览方法，将软件和显微镜硬件作进一步整合，以解决上述全自动显微大图像拼接、存储和浏览过程所遇到的问题。

发明内容

本发明提供一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，其主要目的在于克服现有全自动显微镜系统在获取和处理切片图像过程中，由于整幅图像过大，而在捕获、拼接、存储和浏览等环节产生的上述一系列问题。

本发明采用如下技术方案：一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，包括以下步骤：1)按照预设的重叠率逐一捕获切片的所有各视野位置的单元图像，并记录其位置；2)评估相邻单元图像的拼接可能性，遍历所有单元图像，根据拼接可能性生成一个最优拼接顺序，根据最优拼接顺序逐一对相邻两单元图像进行拼接，得到每个单元图像的相对位置，再根据每个单元图像的相对位置得出其在整幅图像中的绝对位置，以生成拼接后的整幅图像；3)保存各单元图像的在整幅图像中的绝对位置信息和各单元图像；4)通过各单元图像的在整幅图像中的绝对位置信息获取所需的部分单元图像进行显示。

前述一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，在捕获切片一个视野的单元图像时，通过显微镜自动聚焦功能，捕获在该视野的最清晰的图像。

前述一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，拼接图像的步骤进一步包括：1)根据预设的重叠率获得两相邻单元图像之间重叠部分的图像，计算此图像纹理的变化程度，即拼接可能性；2)以单元图像为节点，以上述重叠部分图像纹理的变化程度为边的权值，构造一个拼接图，从拼接图的任意节点开始，生成该拼接图的最大生成树，对该拼接图的遍历顺序即最优拼接顺序；3)从该最大生成树的根节点开始遍历该最大生成树，逐一拼接两相邻节点的单元图像，计算当前节点与其父节点之间的相对位置，并转化为在整幅图像中的绝对位置，得到各节点单元图像的在整幅图像中的绝对位置列表。

进一步地，按以下步骤计算两相邻单元图像之间重叠部分的图像的纹理变化程度：1)计算两幅相邻单元图像需要匹配区域的差，得到一幅评估图像；2)分别计算评估图像每个通道的所有像素的和然后取平均值；3)分别依次将每个通道的各像素减去对应通道的平均值，取绝对值，然后求各绝对值的和，并将各通道得到的和相加得到纹理变化程度值。

浏览显微图像的步骤进一步包括：根据观察视口的大小、位置及显示比例计算出该观察视口在整幅显微图像中的投影位置，根据各节点单元图像的绝对位置列表，找出与前述观察视口的投影位置相交的单元图像集合，并根据显示比例，生成该单元图像集合在内存的映像，根据各节点单元图像的绝对位置列表和视口位置计算映像内每个单元图像的在观察视口内的相对位置列表，根据该相对位置列表在观察视口内显示图像。

前述一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，采用JPEG、GIF、BMP或TIFF标准图像压缩格式对各单元图像进行分散保存。

由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：一，单独存储各视野的单元图像以及各单元图像的位置参数，并通过各单元图像及其位置参数来进行浏览，克服了以往将整幅切片图像调入内存进行浏览的方式所带来的占用内存过大、浏览速度缓慢的缺点；二，通过显微镜的自动聚焦功能，在各个视场内自动聚焦以获得各视场内的清晰的单元图像，克服因切片不平整，不同视野下的切片画面聚焦不同的问题；三，实现各视野的单元图像之间的无缝拼接，克服了由于显微镜机械精度导致的捕获的各视场的单元图像位置发生随机错位的问题。

附图说明

图1为本发明的总体流程图；

图2为本发明的图像捕获流程图；

图3为本发明的图像拼接流程图；

图4为本发明的图像浏览流程图。

具体实施方式

下面参照图1至图4说明本发明的具体实施方式。

参照图1，一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，主要包括四个步骤：捕获图像(步骤S1)、拼接图像(步骤S2)、保存图像(步骤S3)、浏览图像(步骤S4)，下面分别对各个步骤进行详细说明。

一、捕获图像

参照图2，首先确定组织切片需要获取图像的矩型区域。接着根据显微镜视频图像的图片尺寸以及一定的重叠率确定为了拍摄连续视野的切片组织图像载物台需要行走的路线p(步骤S11)。路线由每个需要拍摄图像的位置n序列组成。让显微镜的载物台沿着p移动，在每一个位置n停下来，先进行自动聚焦获取使得视野图像清晰，然后将本视野的单元图像保存在外部存储器上，并记录下对应的位置(步骤S12至步骤S15)。

二、拼接图像

参照图3，捕获完各视野的单元图像后，首先对捕获的单元图像进行分析，计算相邻的单元图像之间的拼接可能性(步骤S21)，根据拼接可能性确定最优的拼接顺序(步骤S22)。根据最优拼接顺序将保存在外部存储器上的各单元图像分别加载进内存进行拼接(步骤S23)，得到每张单元图像的相对位置。然后根据每张单元图像的相对位置生成拼接后的图像。

计算两相邻单元图像之间的拼接可能性的方法为：计算两相邻单元图像重叠部分的图像的纹理变化程度，以纹理变化程度表示拼接的可能性。首先计算两幅相邻单元图像需要匹配区域的差，得到一幅评估图像；接着分别计算评估图像每个通道的所有像素的和然后取平均值；最后分别依次将每个通道的各像素减去对应通道的平均值，取绝对值，然后求各绝对值的和，并将各通道得到的和相加得到纹理变化程度值。

生成最优拼接顺序的方法是：构造一个带权值的拼接图结构G，拼接图G中的每个节点表示每一幅捕获的待拼接的单元图像，相邻两个节点之间的边上的权值为该两个单元图像之间的拼接可能性值。以任意节点为起点，生成这个拼接图的最大生成树T，则对这个图的遍历顺序为最优的拼接顺序。

按以下步骤生成最大生成树：先选择任意一个节点作为当前节点；在当前树之外的节点中找到与当前节点之间的边的权值最大的一个节点，当前节点与此节点之间的边作为生成树的一条边，然后把此节点加入到当前树中，并将此节点作为当前节点；重复上述步骤，直到没有可用节点。

相邻两幅单元图像的拼接方法为：假设单元图像1和单元图像2有重叠的范围，图1上重叠的范围为R1，图2上重叠的范围为R2，在R1中选取一块区域RT1的图片PT作为模版，用PT在R2上进行匹配，找到最好的匹配位置RT2，根据RT1和RT2，即可获得图1和图2之间拼接后的相对位置。所有单元图像的拼接方法为：设第一个节点的单元图像的位置为(0，0)，根据最优拼接顺序拼接相邻的两幅单元图像，获取下一单元图像和前一单元图像的相对位置，计算出每幅单元图像的绝对位置。每次只进行两幅图像的拼接，内存的使用不会随着整幅大图的尺寸增大而增大，保证在大图的尺寸增大的情况下，内存的占用始终不会影响系统的性能。最后获得每一幅待拼接的单元图像在目标大图内的绝对位置。

三、保存图像

将拼接后的整幅大图的保存格式定义为MIF格式，其具体保存方法为：假设用户保存的MIF文件路径为test\sample.mif，先将每幅单元图像的绝对位置列表，包括单元图像名称、单元图像在整幅图像中的位置，保存在文件test\sample.mif中；创建目录test\sample.mif.pictures，将各单元图像保存在此目录里。

四、浏览图像

参照图4，根据观察视口的大小、位置及显示比例计算出该观察视口在整幅显微图像中的投影位置，根据各节点单元图像的绝对位置列表，找出与前述观察视口的投影位置相交的单元图像集合(步骤S41、S42)，并根据显示比例，生成该单元图像集合在内存的映像，根据各节点单元图像的绝对位置列表和视口位置计算映像内每个单元图像的在观察视口内的相对位置列表(步骤S43)，根据该相对位置列表在观察视口内显示图像(步骤S44)。

假设保存的MIF文件路径为test\sample.mif，需要观察的图片部分区域为R(x0，y0，x1，y1)，比例为S，则浏览步骤为：1)打开文件test\sample.mif，获取每幅单元图像的绝对位置列表I，包括单元图像名称和单元图像在整幅图像中的位置；2)遍历绝对位置列表I中每一幅单元图像的位置，即左上角位置(x，y)，尺寸(width，height)，如果与区域R相交或在区域R内则将该单元图像名称和单元图像在整幅图像中的位置保存在预备绘图表D中；遍历预备绘图表D，读取每个单元图像，根据显示比例S对各单元图像进行比例变换，将变换后的副本保存在内存中；通过I、R和S计算D中每副单元图像相对于显示屏幕的相对坐标，将变换后的单元图像副本绘制在屏幕上。

上述仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (6)

1、一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，包括以下步骤：

1)按照预设的重叠率逐一捕获切片的所有各视野位置的单元图像，并记录其位置；

2)评估相邻单元图像的拼接可能性，遍历所有单元图像，根据拼接可能性生成一个最优拼接顺序，根据最优拼接顺序逐一对相邻两单元图像进行拼接，得到每个单元图像的相对位置，再根据每个单元图像的相对位置得出其在整幅图像中的绝对位置，以生成拼接后的整幅图像；

3)保存各单元图像的在整幅图像中的绝对位置信息和各单元图像；

4)通过各单元图像的在整幅图像中的绝对位置信息获取所需的部分单元图像进行显示。

2、如权利要求1所述的一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，其特征在于：在捕获切片一个视野的单元图像时，通过显微镜自动聚焦功能，捕获在该视野的最清晰的图像。

3、如权利要求1所述的一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，其特征在于拼接图像的步骤进一步包括：

1)根据预设的重叠率获得两相邻单元图像之间重叠部分的图像，计算此图像纹理的变化程度，即拼接可能性；

2)以单元图像为节点，以上述重叠部分图像纹理的变化程度为边的权值，构造一个拼接图，从拼接图的任意节点开始，生成该拼接图的最大生成树，对该拼接图的遍历顺序即最优拼接顺序；

3)从该最大生成树的根节点开始遍历该最大生成树，逐一拼接两相邻节点的单元图像，计算当前节点与其父节点之间的相对位置，并转化为在整幅图像中的绝对位置，得到各节点单元图像的在整幅图像中的绝对位置列表。

4、如权利要求3所述的一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，其特征在于按以下步骤计算两相邻单元图像之间重叠部分的图像的纹理变化程度：

1)计算两幅相邻单元图像需要匹配区域的差，得到一幅评估图像；

2)分别计算评估图像每个通道的所有像素的和然后取平均值；

3)分别依次将每个通道的各像素减去对应通道的平均值，取绝对值，然后求各绝对值的和，并将各通道得到的和相加得到纹理变化程度值。

5、如权利要求3所述的一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，其特征在于浏览显微图像的步骤进一步包括：根据观察视口的大小、位置及显示比例计算出该观察视口在整幅显微图像中的投影位置，根据各节点单元图像的绝对位置列表，找出与前述观察视口的投影位置相交的单元图像集合，并根据显示比例，生成该单元图像集合在内存的映像，根据各节点单元图像的绝对位置列表和视口位置计算映像内每个单元图像的在观察视口内的相对位置列表，根据该相对位置列表在观察视口内显示图像。

6、如权利要求1所述的一种全自动显微图像的拼接、存储和浏览方法，其特征在于：采用JPEG、GIF、BMP或TIFF标准图像压缩格式对各单元图像进行分散保存。

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