KR20110126008A - A method for leukocyte segmentation using texture and non-parametric probability model - Google Patents

A method for leukocyte segmentation using texture and non-parametric probability model Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A leukocyte cleavage method by non-parametric probability and texture information is provided to shorten cleavage time and to improve cleavage accuracy. CONSTITUTION: A leukocyte cleavage method by non-parametric probability and texture information comprises: a step of extracting chroma and brightness of leukocyte region(S100); a step of generating probability model for the leukocyte nuclear region using the extracted chroma and brightness(S200); a step of generating probability map and separating a sub-image from the probability map(S300); a step of performing domain clustering using mean-shift for the separated sub-image(S400); a step of performing combination of each cluster domain of the sub-image(S600); and a step of determining the cluster domain into finally cleaved leukocyte nuclear region(S700).

Description

비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법{A METHOD FOR LEUKOCYTE SEGMENTATION USING TEXTURE AND NON-PARAMETRIC PROBABILITY MODEL}White blood cell segmentation using nonparametric probability model and texture information {A METHOD FOR LEUKOCYTE SEGMENTATION USING TEXTURE AND NON-PARAMETRIC PROBABILITY MODEL}

본 발명은 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에 관한 것으로서, 특히 비모수적 확률 모델을 이용해 작성한 확률 맵 및 질감 성분을 이용하여 혈액 세포 영상에서 백혈구의 핵과 세포질을 자동으로 분할해내는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for segmenting white blood cells using a nonparametric probability model and texture information. In particular, a nonparametric method for automatically partitioning the nucleus and cytoplasm of leukocytes from blood cell images using probability maps and texture components created using nonparametric probability models. Leukocyte segmentation using a probability model and texture information.

혈액 세포 영상에서 백혈구의 종류별 개수의 분석은 환자의 건강 상태를 파악하고, 각종 혈액 관련 질병을 조기 예측할 수 있는 중요한 역할을 수행한다. 그러나 종래의 백혈구 감별 계수(White Blood Cell Differential Count) 방법은 분석자가 종류별 백혈구의 개수를 수동으로 세야 하므로 시간이 많이 소비되며, 분석자에 따라 매우 주관적인 결과를 얻을 수 있는 문제점이 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 영상을 이용하여 백혈구 감별 계수를 객관적이고 효율적으로 수행할 수 있는 자동화 연구가 진행되고 있다.
The analysis of the number of leukocytes by type in the blood cell image plays an important role in identifying the patient's health and predicting various blood-related diseases early. However, the conventional white blood cell differential count method consumes a lot of time because the analyst must manually count the number of leukocytes by type, and there is a problem in that a very subjective result can be obtained according to the analyst. In order to solve such a problem, an automated research that can objectively and efficiently perform leukocyte differentiation coefficient using an image is being conducted.

Yampri는 RGB 색 공간을 이용하여 백혈구의 분할을 수행하였다. G채널에서 자동 이진화 알고리즘을 적용하여 핵을 분할하고 adaptive active contour 알고리즘을 이용해 세포질 영역을 분할하였다. 그러나 이 방법은 핵의 염색 정도에 따라 정확도가 달라질 수 있는 문제점이 존재한다.
Yampri performed the division of white blood cells using the RGB color space. In G channel, the automatic binarization algorithm was used to divide the nucleus and the adaptive active contour algorithm was used to segment the cytoplasm. However, this method has a problem that the accuracy can vary depending on the degree of staining of the nucleus.

Dorini는 스케일 스페이스 토글 오퍼레이터(Scale-Space Toggle Operator)를 사용해 그레이 레벨로 변환한 백혈구 세포 영상을 단순화한 후, 워터쉐드(Watershed) 알고리즘을 적용해 핵을 검출해냈다. 세포질의 경우 그레이 레벨 영상의 이진화 후, 오프닝 연산 시의 구조요소를 일반적인 적혈구보다 큰 크기의 디스크 모양으로 설정하여 세포질을 분할하였다. 그러나 이 방법은 세포질의 경우 핵을 포함하는 세포질 크기의 대략적인 모양만을 얻을 수 있으므로 정확한 모양의 세포질을 분할했다고 보기 어렵다.
Dorini used a Scale-Space Toggle Operator to simplify imaging of leukocyte cells converted to gray levels, and then applied a Watershed algorithm to detect nuclei. In the cytoplasm, after binarization of the gray level image, the cytoplasm was divided by setting a structural element in the opening operation to a disk shape larger than a normal red blood cell. However, this method is difficult to divide the exact shape of the cytoplasm because only the approximate shape of the cytoplasm containing the nucleus can be obtained.

Sadeghian은 GVF 스네이크와 자동 이진화 알고리즘을 사용하여 백혈구의 핵과 세포질을 분할하는 기법을 제안하였다. 입력된 혈액 세포 영상에서 사용자가 직접 서브 이미지(sub-image)를 분리하면, 서브 이미지를 그레이 레벨 영상으로 변화하여 Canny Edge 알고리즘을 적용하고, Edge 결과 영상에 GVF 스네이크를 적용하여 핵 영역을 분할한다. 또한 핵 영역을 제외한 나머지 영역에 대하여 이진 분할 알고리즘을 적용하여 세포질 영역을 분할하였다. 그러나 이 방법은 서브 이미지를 사용자가 직접 분리해야 한다는 문제점과, 백혈구의 핵이 다핵인 경우 모든 핵을 찾아 내지 못하며, 그레이 레벨 영상을 이진화하는 것만으로는 백혈구 주변의 적혈구나 다른 혈액 세포를 제외시킬 수 없다는 문제점이 있다.
Sadeghian proposed a technique to split the nucleus and cytoplasm of leukocytes using a GVF snake and an automated binarization algorithm. When the user directly separates the sub-image from the input blood cell image, the sub-image is transformed into a gray level image, and the Canny Edge algorithm is applied, and the nuclear region is segmented by applying a GVF snake to the edge result image. . In addition, the cytoplasmic region was divided by applying a binary segmentation algorithm to the regions other than the nuclear region. However, this method requires the user to separate the sub-images manually, and if the nuclei of leukocytes are multinucleated, they cannot find all the nuclei, and simply binarizing gray level images excludes red blood cells and other blood cells around the leukocytes. There is a problem that can not be.

이와 같이, 기존의 연구들은 이진화 알고리즘만을 사용하거나 다핵인 경우를 고려하지 않으므로 인하여 정확도가 떨어진다. 또한 백혈구가 존재하는 영역뿐만 아니라 전체 혈액 세포 영상에 대해 알고리즘을 적용하거나, 백혈구가 존재하는 영역인 서브 이미지의 분리를 자동으로 수행하지 못하므로 효율성이 떨어진다는 단점이 있다.As such, existing studies do not use only the binarization algorithm or consider the multinuclear case, resulting in poor accuracy. In addition, the algorithm is not only applied to the whole blood cell image as well as the region in which leukocytes exist, or the separation of sub-images, which are regions in which leukocytes exist, is not effective, resulting in poor efficiency.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 백혈구 핵의 채도, 명도 값의 확률 모델을 만들어 백혈구 핵을 혈액 세포 영상으로부터 분할하고, 분할된 백혈구 핵과 혈액 세포 영상에서의 웨이블릿 에너지 값을 이용하여 세포질을 분할함으로써 분할 시간을 단축함과 동시에 분할 정확도를 향상시킬 수 있는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention has been proposed to solve the above problems of the proposed methods, to create a probabilistic model of the saturation, brightness values of the white blood cell nuclei, to divide the white blood cell nuclei from blood cell images, and to divide the white blood cell nuclei and blood cell images. The purpose of the present invention is to provide a non-parametric probability model and a leukocyte segmentation method using texture information that can shorten the segmentation time and improve segmentation accuracy by dividing the cytoplasm by using the wavelet energy value in.

또한 본 발명은, 혈액 세포 영상에서 백혈구가 존재한다고 예측되는 백혈구 후보 영역인 서브 이미지를 자동 선택하고 이에 대해서만 분할 과정을 수행함으로써, 시간과 정확도 측면에서 효율성을 높일 수 있는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention, non-parametric probability model and texture information that can increase efficiency in terms of time and accuracy by automatically selecting a sub-image that is a candidate leukocyte candidate region predicted to exist in the blood cell image and performing a segmentation process only for this Another object of the present invention is to provide a leukocyte division method.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법은,According to a feature of the present invention for achieving the above object, a white blood cell division method using a non-parametric probability model and texture information,

(1) 혈액에서 분할된 백혈구 핵 영역으로부터, 채도, 명도 값을 추출하는 단계;(1) extracting saturation and brightness values from the leukocyte nucleus region divided in blood;

(2) 상기 추출된 채도, 명도 값을 이용하여, 상기 백혈구 핵 영역에 대한 확률 모델을 생성하는 단계;(2) generating a probabilistic model for the leukocyte nucleus region using the extracted chroma and brightness values;

(3) 상기 생성된 확률 모델을 이용하여, 혈액 세포 영상에서 각각의 픽셀에 대해 백혈구 핵일 확률을 의미하는 확률 맵을 생성하는 단계;(3) generating a probability map representing a probability of leukocyte nuclei for each pixel in the blood cell image by using the generated probability model;

(4) 상기 생성된 확률 맵에서 백혈구 후보 영역인 서브 이미지(sub-image)를 분리하는 단계;(4) separating a sub-image which is a leukocyte candidate region from the generated probability map;

(5) 상기 분리된 서브 이미지에 대하여, Mean-shift를 이용하여 영역 클러스터링을 수행하는 단계;(5) performing region clustering on the separated sub-images using mean-shift;

(6) 거리 맵(distance map)과 상기 생성된 확률 맵을 결합한 결합 맵을 이용하여, 상기 분리된 서브 이미지의 각 클러스터 영역 간의 병합을 수행하는 단계; 및(6) performing merging between respective cluster regions of the separated sub-images using a combined map combining a distance map and the generated probability map; And

(7) 상기 병합이 완료된 클러스터 영역을 최종 분할된 백혈구 핵 영역으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
(7) determining the cluster region in which the merging is completed as the final divided leukocyte nucleus region.

바람직하게는,Preferably,

(8) 웨이블릿 에너지 맵과 상기 최종 분할된 백혈구 핵 영역을 이용하여 백혈구 세포질 영역을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
(8) detecting the leukocyte cytoplasmic region using the wavelet energy map and the finally divided leukocyte nuclear region.

바람직하게는, 상기 단계 (2)에서,Preferably, in step (2),

상기 추출된 채도, 명도 값을 이용하여 비모수(Non-oarametric) 방법인 히스토그램을 구성하고, 파즌 창(Parzen-window) 중 가우시안 스무드 커널(Gaussian Smooth-Kernel)을 적용하여 확률 밀도를 추정함으로써 상기 확률 모델을 생성할 수 있다.
The probability is constructed by constructing a histogram, a non-oarametric method, using the extracted saturation and brightness values, and estimating probability density by applying a Gaussian Smooth-Kernel of the Parzen-window. You can create a model.

바람직하게는, 상기 단계 (3)은,Preferably, the step (3)

(3a) 상기 혈액 세포 영상을 RGB(Red Green Blue) 색 공간에서 HSL(Hue Saturation Lightness) 색 공간으로 변환하는 단계;(3a) converting the blood cell image from a red green blue (RGB) color space to a hues saturation lightness (HSL) color space;

(3b) 상기 생성된 확률 모델에 기초하여, 상기 혈액 세포 영상의 각 픽셀마다 해당되는 확률 값을 상기 각 픽셀에 픽셀 명도 값으로 대응시키는 단계; 및(3b) mapping the probability value corresponding to each pixel of the blood cell image to the pixel brightness value based on the generated probability model; And

(3c) 각 픽셀에 대응된 상기 픽셀 명도 값을 이용하여, 상기 혈액 세포 영상으로 상기 확률 맵을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
(3c) generating the probability map from the blood cell image by using the pixel brightness value corresponding to each pixel.

바람직하게는, 상기 단계 (4)는,Preferably, step (4),

(4a) 상기 생성된 확률 맵에 대하여, 자동 이진화 알고리즘을 적용하여 이진화하는 단계;(4a) binarizing the generated probability map by applying an automatic binarization algorithm;

(4b) 상기 생성된 확률 맵에 모폴로지컬 오프닝(Morphological Opening) 연산을 수행하여 잡음을 제거하는 단계; 및(4b) removing noise by performing a morphological opening operation on the generated probability map; And

(4c) 상기 모폴로지컬 오프닝 연산 후 잔존하는 후보 영역을 서브 이미지로 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
(4c) separating the candidate regions remaining after the morphological opening operation into sub-images.

더욱 바람직하게는, 상기 단계 (4c)에서,More preferably, in step (4c),

서브 이미지가 핵 주변의 세포질까지 포함할 수 있도록, 상기 후보 영역을 포함하며 상기 후보 영역보다 높이와 너비가 1.1 내지 1.5배 큰 영역을 서브 이미지로 분리할 수 있다.
In order to include the cytoplasm around the nucleus, a region including the candidate region and 1.1 to 1.5 times larger in height and width than the candidate region may be separated into the sub image.

바람직하게는, 상기 단계 (5)에서,Preferably, in step (5),

백혈구 핵의 색상이 주변 영역과 상이한 것을 고려하여, 영상 공간을 위한 커널 크기는 15, 색 공간을 위한 커널 크기는 10, 클러스터당 최소 영역 크기는 20으로 설정하여 상기 Mean-Shift를 수행하거나, 또는 백혈구 세포질이 주변 적혈구와 혼동되지 않고 명확하게 클러스터링 되도록 하기 위하여, 영상 공간을 위한 커널 크기는 10, 색 공간을 위한 커널 크기는 8, 클러스터당 최소 영역 크기는 12로 설정하여 상기 Mean-Shift를 수행할 수 있다.
Considering that the color of the leukocyte nucleus is different from the surrounding area, the mean-shift is performed by setting the kernel size for the image space to 15, the kernel size for the color space to 10, and the minimum region size per cluster to 20, or In order to ensure that the leukocyte cytoplasm is clearly clustered without being confused with the surrounding red blood cells, the mean-shift is performed by setting the kernel size for the image space to 10, the kernel size to 8 for the color space, and the minimum region size per cluster to 12. can do.

바람직하게는, 상기 단계 (6)은,Preferably, step (6) is

(6a) 상기 분리된 서브 이미지에서 거리 맵을 구하고, 상기 구해진 거리 맵과 상기 생성된 확률 맵을 결합하여 결합 맵을 생성하는 단계;(6a) obtaining a distance map from the separated sub-images, and generating a combined map by combining the obtained distance map with the generated probability map;

(6b) 상기 생성된 결합 맵을 이용하여, 상기 분리된 서브 이미지에서 백혈구 핵의 시드(seed) 영역을 검출하는 단계; 및(6b) detecting a seed region of a leukocyte nucleus in the separated sub-image using the generated binding map; And

(6c) 상기 검출된 시드 영역을 기준으로 미리 지정된 조건에 따라 각 클러스터 영역 간의 병합을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
(6c) merging between cluster regions according to a predetermined condition based on the detected seed region.

더욱 바람직하게는, 상기 단계 (6b)는,More preferably, the step (6b),

(6ba) 상기 생성된 결합 맵과 상기 클러스터 영역의 픽셀 수를 이용하여, 각 클러스터 영역에 대한 결합 맵 값의 평균을 계산하는 단계;(6ba) calculating an average of the combined map values for each cluster region using the generated combined map and the number of pixels of the cluster region;

(6bb) 상기 계산된 결합 맵 값의 평균과 상기 클러스터 영역의 픽셀 수가 미리 지정된 값 이상이면, 상기 클러스터 영역을 시드 영역으로 선정하는 단계;(6bb) selecting the cluster region as a seed region if the average of the calculated combined map values and the number of pixels of the cluster region are equal to or greater than a predetermined value;

(6bc) 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 단계 (6ba), (6bb)를 반복하는 단계; 및(6bc) repeating steps 6ba and 6bb until inspection is complete for all cluster regions; And

(6bd) 상기 시드 영역이 하나도 선정되지 않은 경우, 상기 결합 맵 값이 가장 큰 영역을 시드 영역으로 선정하는 단계를 포함하며,(6bd) if none of the seed regions is selected, selecting a region having the largest combined map value as a seed region,

상기 단계 (6c)는,The step (6c) is,

(6ca) 상기 검출된 시드 영역과 맞닿은 클러스터 영역에 대하여, 채도와 명도가 일정 값 이상이면, 상기 맞닿은 클러스터 영역을 상기 시드 영역에 병합하는 단계; 및(6ca) merging the abutted cluster region with the seed region if the saturation and lightness of the cluster region abutting the detected seed region are greater than or equal to a predetermined value; And

(6cb) 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 단계 (6ca)를 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
(6cb) it may include repeating step (6ca) until the inspection is complete for all cluster regions.

더욱 바람직하게는, 상기 단계 (8)은,More preferably, step (8) is

(8a) 상기 분리된 서브 이미지에서 웨이블릿 변환을 통하여 얻을 수 있는 수직, 수평, 대각 성분을 하나의 단일한 웨이블릿 에너지 맵으로 결합하는 단계;(8a) combining vertical, horizontal and diagonal components obtained through wavelet transform in the separated sub-image into one single wavelet energy map;

(8b) 상기 분리된 서브 이미지의 가장자리와 만난 상기 클러스터 영역의 가장자리 길이가 미리 지정된 값 이상이면, 상기 클러스터 영역을 배경 영역 집합으로 분류하는 단계;(8b) classifying the cluster area into a background area set if an edge length of the cluster area that meets the edge of the separated sub-image is equal to or greater than a predetermined value;

(8c) 상기 웨이블릿 에너지 맵과 상기 클러스터 영역의 픽셀 수를 이용하여, 각 클러스터 영역에 대한 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균을 계산하는 단계;(8c) calculating an average of wavelet energy map values for each cluster region by using the wavelet energy map and the number of pixels of the cluster region;

(8d) 상기 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균이 미리 지정된 값 이상이면, 상기 클러스터 영역을 세포질 영역으로 선정하는 단계;(8d) selecting the cluster region as a cytoplasmic region if the average of the wavelet energy map values is equal to or greater than a predetermined value;

(8e) 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 상기 단계 (8b), (8c), (8d)를 반복하는 단계;(8e) repeating steps (8b), (8c), (8d) until the inspection is completed for all cluster regions;

(8f) 상기 세포질 영역과 맞닿은 클러스터 영역에 대하여, 상기 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균이 미리 지정된 값 이상이면, 상기 맞닿은 클러스터 영역을 상기 세포질 영역에 병합하는 단계; 및(8f) merging the abutted cluster region into the cytoplasmic region if the mean of the wavelet energy map values for the cluster region abutting the cytoplasmic region is greater than or equal to a predetermined value; And

(8g) 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 상기 단계 (8f)를 반복하는 단계를 포함할 수 있다.(8g) repeating step (8f) until the inspection is completed for all cluster regions.

본 발명에서 제안하고 있는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에 따르면, 백혈구 핵의 채도, 명도 값의 확률 모델을 만들어 백혈구 핵을 혈액 세포 영상으로부터 분할하고, 분할된 백혈구 핵과 혈액 세포 영상에서의 웨이블릿 에너지 값을 이용하여 세포질을 분할함으로써 분할 시간을 단축함과 동시에 분할 정확도를 향상시킬 수 있다,
According to the leukocyte segmentation method using the nonparametric probability model and texture information proposed in the present invention, a leukocyte nucleus is divided from blood cell images by creating a probabilistic model of saturation and brightness values of the leukocyte nuclei, and the divided leukocyte nuclei and blood cell images. By dividing the cytoplasm by using the wavelet energy value in, the segmentation time can be shortened and the segmentation accuracy can be improved.

또한 본 발명에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법은, 혈액 세포 영상에서 백혈구가 존재한다고 예측되는 백혈구 후보 영역인 서브 이미지를 자동 선택하고 이에 대해서만 분할 과정을 수행함으로써, 시간과 정확도 측면에서 효율성을 높일 수 있다.In addition, the leukocyte segmentation method using the non-parametric probability model and texture information according to the present invention, by automatically selecting a sub-image that is a candidate leukocyte candidate region in the blood cell image, and performing the segmentation process only, time and accuracy In terms of efficiency can be increased.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에서 가우시안 스무드 커널을 적용하여 얻어진 확률 밀도 함수 추정 결과를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S300에 대한 세부 순서도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S400에 대한 세부 순서도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에 따라 선택된 서브 이미지를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에 따라 서브 이미지에 대하여 Mean-Shift를 이용하여 영역 클러스터링이 수행된 모습을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S600에 대한 세부 순서도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 결합 맵을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S620과 단계 S630에 대한 세부 순서도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에서 백혈구 핵 영역 병합 결과를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S800에 대한 세부 순서도.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에서 웨이블릿 에너지 맵 결과를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에서 백혈구 세포질 영역 병합 결과를 나타내는 도면.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 분할 성능을 나타내는 도면.
1 is a flow chart of a white blood cell division method using a non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a probability density function estimation result obtained by applying a Gaussian smooth kernel in a leukocyte division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention.
3 is a detailed flowchart of step S300 of the leukocyte division method using a non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention.
4 is a detailed flowchart of step S400 of the leukocyte division method using a non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a sub-image selected according to a leukocyte division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a region clustering using Mean-Shift for a sub image according to a non-parametric probability model and a leukocyte segmentation method using texture information according to an embodiment of the present invention. FIG.
7 is a detailed flowchart of step S600 of the leukocyte division method using a non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a combined map of a leukocyte division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a detailed flowchart of steps S620 and S630 of a white blood cell division method using a non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. FIG.
10 is a view showing the results of merging leukocyte nuclear regions in a leukocyte segmentation method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention.
11 is a detailed flowchart of step S800 of the leukocyte division method using a non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating a wavelet energy map result in a white blood cell division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 13 is a view showing a leukocyte cytoplasmic region merging result in a leukocyte division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. FIG.
14 is a diagram illustrating a partitioning performance of a leukocyte division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, in describing the preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. The same or similar reference numerals are used throughout the drawings for portions having similar functions and functions.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, throughout the specification, when a part is 'connected' to another part, it is not only 'directly connected' but also 'indirectly connected' with another element in between. Include. In addition, the term 'comprising' of an element means that the element may further include other elements, not to exclude other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법은, 혈액에서 분할된 백혈구 핵 영역으로부터 채도, 명도 값을 추출하는 단계(S100), 추출된 채도, 명도 값을 이용하여 백혈구 핵 영역에 대한 확률 모델을 생성하는 단계(S200), 생성된 확률 모델을 이용하여 혈액 세포 영상에서 각각의 픽셀에 대해 백혈구 핵일 확률을 의미하는 확률 맵을 생성하는 단계(S300), 생성된 확률 맵에서 백혈구 후보 영역인 서브 이미지(sub-image)를 분리하는 단계(S400), 분리된 서브 이미지에 대하여 Mean-shift를 이용하여 영역 클러스터링을 수행하는 단계(S500), 거리 맵과 확률 맵을 결합한 결합 맵을 이용하여 서브 이미지의 각 클러스터 영역 간의 병합을 수행하는 단계(S600), 병합이 완료된 클러스터 영역을 최종 분할된 백혈구 핵 영역으로 판단하는 단계(S700), 웨이블릿 에너지 맵과 최종 분할된 백혈구 핵 영역을 이용하여 백혈구 세포질 영역을 검출하는 단계(S800)를 포함하여 구성될 수 있다.
1 is a flowchart of a leukocyte division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the leukocyte segmentation method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention includes extracting saturation and brightness values from the leukocyte nucleus region divided from blood (S100), Generating a probabilistic model for the leukocyte nucleus region using the extracted saturation and brightness values (S200), and generating a probability map representing the probability of leukocyte nuclei for each pixel in the blood cell image using the generated probability model. Step S300, separating a sub-image that is a leukocyte candidate region from the generated probability map, in step S400, and performing region clustering on the separated sub-image using mean-shift. ), Performing a merge between the cluster regions of the sub-image using the combined map combining the distance map and the probability map (S600), and finally, the merged cluster regions are finally divided. The method may include determining the leukocyte nuclear region (S700), and detecting the leukocyte cytoplasmic region (S800) using the wavelet energy map and the finally divided leukocyte nuclear region.

단계 S100에서는, 혈액에서 분할된 백혈구 핵 영역으로부터 채도, 명도 값을 추출한다. 혈액 세포 영상에서 백혈구 세포는 염색 물질에 의해 특별한 색감을 지니게 된다. 이는 적혈구, 혈소판 등 다른 세포와는 구별되는 특징으로, 이를 이용하여 백혈구 세포의 색상에 대한 확률 모델을 생성해 백혈구가 아닌 세포와 백혈구 세포를 구분할 수 있다. 특히, 백혈구의 핵은 다른 영역에 비해 채도는 높으며 명도는 낮게 나타나므로 이를 이용하여 채도와 명도에 대해 확률 모델을 생성할 수 있다.
In step S100, saturation and lightness values are extracted from the leukocyte nucleus region divided in the blood. In blood cell imaging, white blood cells have a special color by staining material. This is distinguished from other cells such as erythrocytes and platelets, and can be used to generate a probabilistic model for the color of white blood cells to distinguish between white blood cells and non-white blood cells. In particular, since the nucleus of leukocytes has a higher saturation and a lower brightness than other regions, a probabilistic model can be generated for the saturation and brightness.

단계 S200에서는, 단계 S100에서 추출된 채도, 명도 값을 이용하여 백혈구 핵 영역에 대한 확률 모델을 생성한다. 단계 S200에 대하여, 도 2를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
In step S200, a probability model for the leukocyte nucleus region is generated using the saturation and lightness values extracted in step S100. The step S200 will be described in detail with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에서 가우시안 스무드 커널을 적용하여 얻어진 확률 밀도 함수 추정 결과를 나타내는 도면이다. 일반적으로 백혈구의 핵 영역은 주변 영역에 비해 명도와 채도에서 두드러진 특징을 보이지만, 각 데이터의 분포 형태가 일정하지 않고 일반적으로 많이 사용되는 가우시안 분포 형태를 보이지 않는다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S200에서는, 채도, 명도 값을 이용하여 비모수(Non-oarametric) 방법인 히스토그램을 구성하고, 파즌 창(Parzen-window) 중 가우시안 스무드 커널(Gaussian Smooth-Kernel)을 적용하여 확률 밀도를 추정함으로써, 더욱 정밀하게 확률 모델을 생성할 수 있다.
2 is a diagram illustrating a probability density function estimation result obtained by applying a Gaussian smooth kernel in a leukocyte segmentation method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. In general, the nuclear region of leukocytes is more prominent in brightness and saturation than in the surrounding region, but the distribution of each data is not constant and does not show a commonly used Gaussian distribution. Therefore, as shown in Figure 2, in step S200 of the white blood cell segmentation method using a non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention, a histogram that is a non-oarametric method using saturation, brightness values The probability model can be generated more precisely by estimating the probability density by applying a Gaussian Smooth Kernel among the Pozen-windows.

단계 S300에서는, 단계 S200에서 생성된 확률 모델을 이용하여, 혈액 세포 영상에서 각각의 픽셀에 대해 백혈구 핵일 확률을 의미하는 확률 맵을 생성한다. 일반적으로 혈액 세포 영상은 백혈구 외에도 적혈구, 혈소판 등 다양한 혈액 세포를 포함하고 있으며, 백혈구는 대개 전체 영상의 30% 이상을 차지하지 않는다. 그러므로 영상의 모든 픽셀에 대해 백혈구 분할 과정을 수행하는 것은 매우 비효율적이며 분할 정확도에도 영향을 미치므로 백혈구가 존재한다고 예측할 수 있는 영역에 대해서만 분할 과정을 수행하는 것이 바람직하다. 따라서 백혈구 후보 영역을 서브 이미지(sub-image) 단위로 분리하여 서브 이미지별로 분할 과정을 수행함으로써, 시간과 정확도 면에서 효율성을 높이기 위하여 확률 맵을 생성한다. 단계 S300에 대하여, 도 3을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
In step S300, a probability map representing a probability of a leukocyte nucleus is generated for each pixel in the blood cell image using the probability model generated in step S200. In general, blood cell images include various blood cells such as red blood cells and platelets in addition to leukocytes, and leukocytes usually do not occupy more than 30% of the entire image. Therefore, performing leukocyte segmentation on all pixels of an image is very inefficient and affects the segmentation accuracy. Therefore, segmentation process should be performed only on the region where the leukocytes can be predicted to exist. Therefore, the leukocyte candidate region is divided into sub-image units, and a segmentation process is performed for each sub-image, thereby generating a probability map in order to increase efficiency in terms of time and accuracy. The step S300 will be described in detail with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S300에 대한 세부 순서도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S300은, 혈액 세포 영상을 RGB(Red Green Blue) 색 공간에서 HSL(Hue Saturation Lightness) 색 공간으로 변환하는 단계(S310), 확률 모델을 기반으로 하여, 혈액 세포 영상의 각 픽셀마다 해당되는 확률 값을 각 픽셀에 픽셀 명도 값으로 대응시키는 단계(S320), 및 각 픽셀에 대응된 픽셀 명도 값을 이용하여 혈액 세포 영상으로 확률 맵을 생성하는 단계(S330)를 포함할 수 있다.
3 is a detailed flowchart of step S300 of the leukocyte division method using a non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, step S300 of the white blood cell segmentation method using the non-parametric probability model and the texture information according to an embodiment of the present invention, the blood cell image is HSL (Hue Saturation) in a red green blue (RGB) color space. Lightness) the step of converting to the color space (S310), based on the probability model, the step of mapping the corresponding probability value for each pixel of the blood cell image to the pixel brightness value of each pixel (S320), and corresponding to each pixel In operation S330, a probability map may be generated from the blood cell image by using the pixel brightness value.

단계 S310에서는, 혈액 세포 영상을 RGB 색 공간에서 HSL 색 공간으로 변환한다. 백혈구 핵을 분할하기 위해서는 채도와 명도가 중요하므로, 채도와 명도 값을 명확히 파악할 수 있는 HSL 색 공간으로 변환할 필요가 있다.
In step S310, the blood cell image is converted from the RGB color space to the HSL color space. Saturation and lightness are important for segmenting the white blood cell nuclei, so the saturation and lightness values need to be converted into an HSL color space that can be clearly identified.

단계 S320에서는, 확률 모델을 기반으로 하여, 혈액 세포 영상의 각 픽셀마다 해당되는 확률 값을 각 픽셀에 픽셀 명도 값으로 대응시킨다. 채도와 명도 값이 0~255의 범위를 가지도록 정규화한 후, 각 픽셀의 채도, 명도 값에 따라 단계 S200에서 생성한 백혈구 핵 확률 모델에서 해당 확률 값을 0~255의 픽셀 명도 값으로 나타낼 수 있다.
In operation S320, a probability value corresponding to each pixel of the blood cell image is mapped to each pixel with a pixel brightness value based on the probability model. After normalizing the saturation and brightness values to have a range of 0 to 255, the probability values may be represented as pixel brightness values of 0 to 255 in the leukocyte nuclear probability model generated in step S200 according to the saturation and brightness values of each pixel. have.

단계 S330에서는, 각 픽셀에 대응된 픽셀 명도 값을 이용하여 혈액 세포 영상으로 확률 맵을 생성한다. 픽셀 명도 값에 따라 각 픽셀을 표시하면, 백혈구 핵일 확률이 높은 픽셀은 높은 픽셀 명도 값을 가지므로 다른 영역에 비하여 상대적으로 밝게 표시될 수 있다. 따라서 혈액 세포 영상으로 확률 맵을 생성하면 백혈구 핵일 확률이 높은 영역을 확인할 수 있다.
In operation S330, a probability map is generated from a blood cell image by using pixel brightness values corresponding to each pixel. When each pixel is displayed according to the pixel brightness value, a pixel having a high probability of being a white blood cell nucleus has a high pixel brightness value and thus may be displayed relatively brighter than other areas. Therefore, by generating a probability map from blood cell images, it is possible to identify areas with a high probability of leukocyte nuclei.

단계 S400에서는, 단계 S300에서 생성된 확률 맵에서 백혈구 후보 영역인 서브 이미지를 분리한다. 단계 S400에 대하여, 도 4를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
In step S400, the sub-image, which is a white blood cell candidate region, is separated from the probability map generated in step S300. The step S400 will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S400에 대한 세부 순서도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S400은, 확률 맵에 대하여 자동 이진화 알고리즘을 적용하여 이진화하는 단계(S410), 확률 맵에 모폴로지컬 오프닝(Morphological Opening) 연산을 수행하여 잡음을 제거하는 단계(S420), 및 모폴로지컬 오프닝 연산 후 잔존하는 후보 영역을 서브 이미지로 분리하는 단계(S430)를 포함할 수 있다.
4 is a detailed flowchart of step S400 of the leukocyte division method using a non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, step S400 of the white blood cell segmentation method using the non-parametric probability model and the texture information according to an embodiment of the present invention comprises: binarizing the probability map by applying an automatic binarization algorithm (S410), The method may include removing noise by performing a morphological opening operation on the probability map (S420), and separating a candidate region remaining after the morphological opening operation into sub-images (S430).

단계 S410에서는, 확률 맵에 대하여 자동 이진화 알고리즘을 적용하여 이진화한다. 이때 자동 이진화 알고리즘은 Otsu의 이진화 알고리즘을 사용할 수 있으며, Otsu의 이진화 알고리즘은 대상 영역이 2개의 밝기 값의 차이를 갖는 영역으로 분류된다고 가정하고 밝은 영역과 어두운 영역의 분산이 최대가 되는 임계값을 찾는 방법으로서, 정확도가 높고 임계값을 자동으로 선택한다는 장점이 있다.
In step S410, binarization is performed by applying an automatic binarization algorithm to the probability map. In this case, the automatic binarization algorithm may use Otsu's binarization algorithm, and Otsu's binarization algorithm assumes that the target area is classified as an area having a difference between two brightness values. As a finding method, there is an advantage that the accuracy is high and the threshold is automatically selected.

단계 S420에서는, 확률 맵에 모폴로지컬 오프닝 연산을 수행하여 잡음을 제거한다. 자동 이진화 알고리즘을 적용하여 이진화하면 잡음과 불필요한 작은 영역들이 생성될 수 있으므로, 백혈구 핵의 명확한 분할을 위하여 모폴로지컬 오프닝 연산을 수행할 수 있다.
In step S420, a morphological opening operation is performed on the probability map to remove noise. Binarization using the automatic binarization algorithm can generate noise and unnecessary small areas, so that morphological opening can be performed for clear division of leukocyte nuclei.

단계 S430에서는, 모폴로지컬 오프닝 연산 후 잔존하는 후보 영역을 서브 이미지로 분리한다. 이때 서브 이미지가 핵 주변의 세포질까지 포함할 수 있도록, 후보 영역을 포함하며 후보 영역보다 높이와 너비가 1.1 내지 1.5배 큰 영역을 서브 이미지로 분리할 수 있다.
In operation S430, candidate regions remaining after the morphological opening operation are separated into sub-images. In this case, a region including a candidate region and 1.1 to 1.5 times larger in height and width than the candidate region may be separated into the sub image so that the sub image may include the cytoplasm around the nucleus.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에 따라 선택된 서브 이미지를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법은, 정확한 백혈구 후보 영역을 서브 이미지(d)로 선택하는 것을 확인할 수 있다.
5 is a diagram illustrating a sub-image selected according to a leukocyte division method using a non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, in the white blood cell segmentation method using the non-parametric probability model and the texture information according to an embodiment of the present invention, it is confirmed that the correct leukocyte candidate region is selected as the sub image d.

단계 S500에서는, 단계 S400에서 분리된 서브 이미지에 대하여 Mean-shift를 이용하여 영역 클러스터링을 수행한다. 단계 S500에 대하여, 도 6을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
In step S500, region clustering is performed on the sub-image separated in step S400 using mean-shift. The step S500 will be described in detail with reference to FIG. 6.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에 따라 서브 이미지에 대하여 Mean-Shift를 이용하여 영역 클러스터링이 수행된 모습을 나타내는 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법은, 백혈구의 핵과 세포질에 적합한 클러스터링 결과를 얻기 위해 핵과 세포질의 분할을 위한 커널 크기 및 최소 영역 크기를 각기 다르게 주어 정확도를 높였다. 핵은 색상이 주변 영역과는 두드러지게 다르게 나타나므로 영상 공간을 위한 커널 크기는 15, 색 공간을 위한 커널 크기는 10, 그리고 클러스터당 최소 영역 크기를 20으로 설정하여 Mean-Shift를 수행하여 충분히 좋은 결과를 얻을 수 있었다(b). 하지만 세포질의 경우, 주변 적혈구와 유사한 색상 값을 가지는 경우가 많기 때문에 세포질 영역이 일부 적혈구로 클러스터링 되거나, 반대로 적혈구 영역의 일부가 세포질로 클러스터링 되는 경우를 방지하기 위해, 영상 공간을 위한 커널 크기는 10, 색 공간을 위한 커널 크기는 8, 클러스터당 최소 영역 크기를 12로 설정하여 핵보다 작은 크기의 영역으로 분할되도록 Mean-shift를 수행하였다(c). 참고로, Mean-shift는 비모수적 특징-공간 분석 기법(non-parametric feature-space analysis technique)으로서, 초기의 검색 영역의 크기와 위치를 지정한 후, 반복되는 색 분할 계산에 의해서 발생되는 색상 클러스터와 초기 지정한 색 영역에 기초하여 경계를 결정하여 관심 물체를 추출하는 기법이다.
FIG. 6 is a diagram illustrating a region clustering using Mean-Shift for a sub image according to a non-parametric probability model and a leukocyte segmentation method using texture information according to an embodiment of the present invention. The leukocyte segmentation method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention is different from the kernel size and the minimum region size for the nucleation and cytoplasmic division to obtain a clustering result suitable for the nucleus and cytoplasm of leukocytes. Raised. Since the nucleus appears to be different from the surrounding area, the kernel size is 15 for image space, the kernel size for color space is 10, and the minimum area size per cluster is set to 20, which is good enough to perform Mean-Shift. Results were obtained (b). However, in the case of the cytoplasm, the color values similar to those of the surrounding erythrocytes are often high, so in order to prevent the cytoplasmic region from clustering into some red blood cells or vice versa, the kernel size for the image space is 10. The mean-shift is performed so that the kernel size for the color space is 8 and the minimum area size per cluster is set to 12 to be divided into areas smaller than the nucleus (c). For reference, Mean-shift is a non-parametric feature-space analysis technique, which specifies the size and position of the initial search region and then uses the color cluster generated by repeated color segmentation calculation. A method of extracting an object of interest by determining a boundary based on an initially designated color gamut.

도 6의 (b), (c)에 도시된 바와 같이, 세포질 검출을 위한 Mean-shift 적용 영상(c)이 핵 검출을 위한 Mean-shift 적용 영상(b)보다 더 많은 클러스터 영역을 가진다는 것을 확인할 수 있다. 이때 영역 클러스터링을 수행한 후의 핵과 세포질 영역은 각각 단일한 하나의 영역으로 나타나는 것이 아니라, 여러 개의 작은 영역들로 나눠져 나타나므로, 이들을 핵 혹은 세포질로 구분하고 각각을 병합하는 과정이 필요하다.
As shown in (b) and (c) of FIG. 6, the mean-shift applied image (c) for cytoplasmic detection has more cluster regions than the mean-shift applied image (b) for nuclear detection. You can check it. At this time, since the nucleus and cytoplasmic regions after region clustering are not represented as a single single region, they are divided into several small regions, and thus a process of dividing them into nucleus or cytoplasm and merging them is required.

단계 S600에서는, 거리 맵과 확률 맵을 결합한 결합 맵을 이용하여 서브 이미지의 각 클러스터 영역 간의 병합을 수행한다. 단계 S600에 대하여, 도 7 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
In operation S600, merging is performed between each cluster region of the sub-image using a combined map combining the distance map and the probability map. The operation S600 will be described in detail with reference to FIGS. 7 to 9.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S600에 대한 세부 순서도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S600은, 서브 이미지에서 거리 맵(distance map)을 구하고 거리 맵과 확률 맵을 결합하여 결합 맵을 생성하는 단계(S610), 결합 맵을 이용하여 서브 이미지에서 백혈구 핵의 시드(seed) 영역을 검출하는 단계(S620), 및 시드 영역을 기준으로 미리 지징된 조건에 따라 각 클러스터 영역 간의 병합을 수행하는 단계(S630)를 포함할 수 있다.
7 is a detailed flowchart of step S600 of the leukocyte division method using a non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, in step S600 of the white blood cell segmentation method using the non-parametric probability model and the texture information according to an embodiment of the present invention, a distance map is obtained from a sub-image and a distance map and a probability map are obtained. Generating a binding map by combining (S610), detecting a seed region of the leukocyte nucleus in the sub-image using the binding map (S620), and each cluster according to a condition previously preset based on the seed region. It may include a step of performing a merge between the regions (S630).

단계 S610에서는, 서브 이미지에서 거리 맵을 구하고 거리 맵과 확률 맵을 결합하여 결합 맵을 생성한다. 단계 S610에 대하여, 도 8을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
In operation S610, the distance map is obtained from the sub-images, and the combined map is generated by combining the distance map and the probability map. The operation S610 will be described in detail with reference to FIG. 8.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 결합 맵을 나타내는 도면이다. 단계 S300에서 생성한 확률 맵은 단계 S400에서의 영역 단위의 핵 확률을 의미하는 것이 아니라, 각 픽셀 단위로 백혈구 핵일 확률을 의미하기 때문에, 단일한 클러스터 영역이라 해도 Mean-Shift 이전의 이미지가 잡음을 가지고 있다면 전체적인 확률 맵 값이 낮아질 수밖에 없다. 이러한 경우, 해당 클러스터가 시드 선정 과정이나 병합 과정에서 백혈구 핵이 아닌 영역으로 판단될 수 있다. 따라서 백혈구 핵의 주요 영역들이 잡음으로 인해 백혈구 핵에서 제외되는 현상을 방지하기 위해, 서브 이미지(a)에서 거리 맵(b)을 구하고 이를 확률 맵(c)과 결합하여 결합 맵(d)을 생성하고, 결합 맵을 백혈구 핵 영역 병합을 위한 초기 시드 영역의 산정에 사용할 수 있다.
8 is a diagram illustrating a combined map of a leukocyte division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. Since the probability map generated in step S300 does not mean the nuclear probability in the unit of area in step S400, it means the probability of the leukocyte nucleus in each pixel unit. If you do, the overall probability map will have to be lowered. In this case, the cluster may be determined as a region other than the leukocyte nucleus in the seed selection process or the merging process. Therefore, in order to prevent the main areas of the leukocyte nucleus from being excluded from the leukocyte nucleus due to noise, a distance map (b) is obtained from the sub-image (a) and combined with the probability map (c) to generate a binding map (d). In addition, binding maps can be used to estimate initial seed regions for merging leukocyte nuclear regions.

단계 S620에서는, 결합 맵을 이용하여 서브 이미지에서 백혈구 핵의 시드 영역을 검출하고, 단계 S630에서는, 시드 영역을 기준으로 일정 조건에 따라 각 클러스터 영역 간의 병합을 수행한다. 단계 S620과 단계 S630에 대하여, 도 9를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
In operation S620, the seed region of the white blood cell nucleus is detected in the sub-image using the binding map. In operation S630, merging between the cluster regions is performed according to a predetermined condition based on the seed region. Steps S620 and S630 will be described in detail with reference to FIG. 9.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S620과 단계 S630에 대한 세부 순서도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S620은, 결합 맵과 클러스터 영역의 픽셀 수를 이용하여, 각 클러스터 영역에 대한 결합 맵 값의 평균을 계산하는 단계(S621), 결합 맵 값의 평균과 클러스터 영역의 픽셀 수가 일정 값 이상이면, 클러스터 영역을 시드 영역으로 선정하는 단계(S622), 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 단계 S621, 단계 S622를 반복하는 단계(S623), 및 시드 영역이 하나도 선정되지 않은 경우, 결합 맵 값이 가장 큰 영역을 시드 영역으로 선정하는 단계(S624)를 포함할 수 있다.
9 is a detailed flowchart of steps S620 and S630 of the white blood cell division method using a non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, step S620 of the white blood cell segmentation method using the non-parametric probabilistic model and the texture information according to the embodiment of the present invention may be performed for each cluster region by using the combined map and the number of pixels of the cluster region. Computing the average of the combined map value (S621), if the average of the combined map value and the number of pixels of the cluster region is more than a predetermined value, selecting the cluster region as the seed region (S622), the inspection is completed for all cluster regions The method may include repeating steps S621 and S622 (S623), and when no seed region is selected, selecting a region having the largest combined map value as the seed region (S624).

또한 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S630은, 시드 영역과 맞닿은 클러스터 영역에 대하여, 채도와 명도가 미리 지정된 임계값 이상이면, 맞닿은 클러스터 영역을 시드 영역에 병합하는 단계(S631), 및 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 단계 S631을 반복하는 단계(S632)를 포함할 수 있다.
In addition, step S630 of the white blood cell segmentation method using the non-parametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention, if the saturation and brightness is above a predetermined threshold value for the cluster region in contact with the seed region, the contacting cluster region Merging into the seed region (S631), and repeating the step S631 until the inspection is completed for all cluster regions (S632).

단계 S621에서는, 결합 맵과 클러스터 영역의 픽셀 수를 이용하여, 다음 수학식 1에 따라 각 클러스터 영역에 대한 결합 맵 값의 평균을 계산한다.In step S621, using the combined map and the number of pixels in the cluster region, the average of the combined map values for each cluster region is calculated according to the following equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, CM은 결합 맵, ri는 클러스터 영역, Nri는 클러스터 영역의 픽셀 수, μri는 결합 맵 값의 평균, m은 클러스터 영역의 번호를 각각 나타낸다.
Where CM is the combined map, r i is the cluster region, N ri is the number of pixels in the cluster region, μ ri is the average of the combined map values, and m is the cluster region number.

단계 S622에서는, 결합 맵 값의 평균과 클러스터 영역의 픽셀 수가 미리 지정된 임계값 이상이면, 클러스터 영역을 시드 영역으로 선정한다. 이는 다음 수학식 2로 표현될 수 있다.In step S622, if the average of the combined map values and the number of pixels in the cluster region are equal to or greater than a predetermined threshold value, the cluster region is selected as the seed region. This may be represented by the following equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, S는 시드 영역 집합, R은 전체 클러스터 영역 집합, th1과 th2는 미리 지정된 임계값을 각각 나타낸다.
Where S is the seed region set, R is the entire cluster region set, and th 1 and th 2 represent the predetermined threshold values, respectively.

단계 S623에서는, 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 단계 S621, S622를 반복하며, 단계 S624에서는, 시드 영역이 하나도 선정되지 않은 경우, 다음 수학식 3에 따라 결합 맵 값이 가장 큰 영역을 시드 영역으로 선정한다.In step S623, steps S621 and S622 are repeated until the inspection is completed for all cluster areas. In step S624, when none of the seed areas is selected, the area having the largest combined map value is determined according to the following equation (3). Select the seed region.

Figure pat00003
Figure pat00003

단계 S631에서는, 시드 영역과 맞닿은 클러스터 영역에 대하여, 채도와 명도가 미리 지정된 임계값 이상이면 맞닿은 클러스터 영역을 시드 영역에 병합한다. 이는 다음 수학식 4로 표현될 수 있다.In step S631, the cluster region that is in contact with the seed region is merged with the seed region when the saturation and brightness are greater than or equal to a predetermined threshold. This can be expressed by the following equation (4).

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, th3은 미리 지정된 임계값, Satri는 ri의 채도, Lumri는 ri의 명도, Seedj는 시드 영역을 각각 나타낸다.
Here, th 3 represents a predetermined threshold value, Sat ri represents saturation of r i , Lum ri represents brightness of r i , and Seed j represents a seed region.

단계 S632에서는, 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 단계 S631을 반복한다. 그 결과, 백혈구 핵 영역으로 판단되는 모든 클러스터 영역을 병합할 수 있다.
In step S632, step S631 is repeated until the inspection is completed for all cluster regions. As a result, all cluster regions judged to be leukocyte nucleus regions can be merged.

단계 S700에서는, 병합이 완료된 클러스터 영역을 최종 분할된 백혈구 핵 영역으로 판단한다. 단계 S700에 대하여, 도 10을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
In step S700, the merged cluster region is determined as the finally divided leukocyte nucleus region. The step S700 will be described in detail with reference to FIG. 10.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에서 백혈구 핵 영역 병합 결과를 나타내는 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S700을 거쳐 서브 이미지에 남아있는 시드 영역 집합을, 최종 분할된 백혈구 핵 영역(b)으로 판단할 수 있다.
FIG. 10 is a diagram illustrating a result of merging leukocyte nuclear regions in a leukocyte division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. FIG. As shown in FIG. 10, the seed region set remaining in the sub-image is passed through the step S700 of the leukocyte segmentation method using the nonparametric probability model and the texture information according to an embodiment of the present invention. b) can be judged.

단계 S800에서는, 웨이블릿 에너지 맵과 최종 분할된 백혈구 핵 영역을 이용하여 백혈구의 세포질 영역을 검출한다. 단계 S800에 대하여, 도 11을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
In step S800, the cytoplasmic region of the white blood cells is detected using the wavelet energy map and the finally divided leukocyte nuclear region. The step S800 will be described in detail with reference to FIG. 11.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S800에 대한 세부 순서도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 단계 S800은, 서브 이미지에서 웨이블릿 변환을 통하여 얻을 수 있는 수직, 수평, 대각 성분을 하나의 단일한 웨이블릿 에너지 맵으로 결합하는 단계(S810), 서브 이미지의 가장자리와 만난 클러스터 영역의 가장자리 길이가 일정 값 이상이면, 클러스터 영역을 배경 영역 집합으로 분류하는 단계(S820), 웨이블릿 에너지 맵과 클러스터 영역의 픽셀 수를 이용하여, 각 클러스터 영역에 대한 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균을 계산하는 단계(S830), 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균이 일정 값 이상이면, 클러스터 영역을 세포질 영역으로 선정하는 단계(S840), 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 단계 S820, 단계 S830, 단계 S840을 반복하는 단계(S850), 세포질 영역과 맞닿은 클러스터 영역에 대하여, 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균이 일정 값 이상이면, 맞닿은 클러스터 영역을 세포질 영역에 병합하는 단계(S860), 및 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 단계 S860을 반복하는 단계(S870)를 포함할 수 있다.
11 is a detailed flowchart of step S800 of the leukocyte division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, step S800 of the white blood cell segmentation method using the non-parametric probability model and the texture information according to an embodiment of the present invention may include vertical, horizontal, and diagonal components that can be obtained through wavelet transformation in a sub-image. Combining the single wavelet energy map into a single wavelet energy map (S810), classifying the cluster region into a background region set (S820); Computing the average of the wavelet energy map value for each cluster region using the number of pixels of the cluster region (S830), if the average of the wavelet energy map value is a predetermined value or more, selecting the cluster region as the cytoplasmic region ( S840), repeat steps S820, S830, and S840 until the inspection is completed for all cluster regions. In operation S850, when the average of the wavelet energy map values is greater than or equal to a predetermined value for the cluster region that is in contact with the cytoplasmic region, merging the contacted cluster region with the cytoplasmic region in operation S860, and all the cluster regions may be inspected. It may include the step (S870) to repeat the step S860 until.

단계 S810에서는, 혈액 세포 영상에서 웨이블릿 변환을 통하여 얻을 수 있는 수직, 수평, 대각 성분을 하나의 단일한 웨이블릿 에너지 맵으로 결합한다. 백혈구 핵 영역을 분할한 서브 이미지에는, 배경, 적혈구, 세포질이 남아 있으며, 특히 색상 범위가 유사한 세포질과 적혈구의 구분은 어려운 문제이다. 이때 세포질과 적혈구의 색상은 유사한 분포를 나타내지만, 적혈구의 경우 내부에 잡음이 거의 존재하지 않기 때문에 질감 성분이 거의 나타나지 않는 반면, 세포질의 경우 내부에 핵과 유사한 색상의 잡음 등이 많이 발견되므로 질감 성분이 많이 나타난다. 따라서 웨이블릿 변환을 통해 세포질과 적혈구에서 질감 성분을 추출하여 세포질 영역을 분할할 수 있다. 단계 S810에 대하여, 도 12를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
In step S810, the vertical, horizontal, and diagonal components obtained through the wavelet transform in the blood cell image are combined into one single wavelet energy map. Background, erythrocytes, and cytoplasm remain in the sub-images of the leukocyte nucleus region, and in particular, it is difficult to distinguish between cytoplasm and erythrocytes having similar color ranges. At this time, the color of the cytoplasm and erythrocytes shows a similar distribution, but in the case of erythrocytes, since there is little noise inside, almost no texture component appears, whereas in the cytoplasm, many noises of color similar to the nucleus are found inside the texture component. This appears a lot. Thus, wavelet transform can be used to extract cellular components from the cytoplasm and erythrocytes to segment the cytoplasmic region. The operation S810 will be described in detail with reference to FIG. 12.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에서 웨이블릿 에너지 맵 결과를 나타내는 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에서 웨이블릿 에너지 맵(b)은, 단계 S700에서 분할한 백혈구 핵 영역을 제외한 영상이며, 세포질 영역이 적혈구 영역보다 높은 에너지값을 가지는 것을 확인할 수 있다.
12 is a diagram illustrating a wavelet energy map result in a white blood cell division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, in the leukocyte segmentation method using the nonparametric probability model and the texture information according to an embodiment of the present invention, the wavelet energy map (b) is an image excluding the leukocyte nuclear region divided in step S700. It can be seen that the cytoplasmic region has a higher energy value than the red blood cell region.

단계 S820에서는, 서브 이미지의 가장자리와 만난 클러스터 영역의 가장자리 길이가 미리 지정된 임계값 이상이면, 클러스터 영역을 배경 영역 집합에 포함시킨다. 이는 다음 수학식 5로 표현될 수 있다.In step S820, if the edge length of the cluster area that meets the edge of the sub-image is equal to or greater than a predetermined threshold value, the cluster area is included in the background area set. This may be represented by the following equation (5).

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, ri는 클러스터 영역, BP(ri)는 ri의 가장자리 길이, th4는 미리 지정된 임계값, B는 배경 영역 집합, R은 전체 클러스터 영역 집합을 각각 나타낸다.
Where r i is a cluster area, B P (r i ) is an edge length of r i , th 4 is a predetermined threshold value, B is a background area set, and R is an entire cluster area set.

단계 S830에서는, 웨이블릿 에너지 맵과 클러스터 영역의 픽셀 수를 이용하여, 다음 수학식 6에 따라 각 클러스터 영역에 대한 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균을 계산한다.In step S830, using the wavelet energy map and the number of pixels of the cluster region, the average of the wavelet energy map values for each cluster region is calculated according to the following equation (6).

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, WM은 웨이블릿 에너지 맵, Nri는 클러스터 영역의 픽셀 수, μri는 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균, m은 클러스터 영역의 번호를 각각 나타낸다.
Here, WM denotes a wavelet energy map, N ri denotes the number of pixels in the cluster region, μ ri denotes an average of the wavelet energy map values, and m denotes a cluster region number.

단계 S840에서는, 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균이 미리 지정된 임계값 이상이면, 클러스터 영역을 세포질 영역으로 선정한다. 이는 다음 수학식 7로 표현될 수 있다.In step S840, if the average of the wavelet energy map values is equal to or greater than a predetermined threshold value, the cluster region is selected as the cytoplasmic region. This may be represented by the following equation (7).

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서, CR은 세포질 영역 집합을 나타내며, th5는 미리 지정된 임계값으로서, 실험값이며 혈액의 특성에 따라 달라질 수 있다.
Here, CR represents a set of cytoplasmic regions, th 5 is a predetermined threshold value, and is an experimental value and may vary depending on blood characteristics.

단계 S850에서는, 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 단계 S820, S830, S840을 반복하며, 단계 S860에서는, 세포질 영역과 맞닿은 클러스터 영역에 대하여, 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균이 미리 지정된 임계값 이상이면, 맞닿은 클러스터 영역을 세포질 영역에 병합한다. 이는 다음 수학식 8로 표현될 수 있다.In step S850, steps S820, S830, and S840 are repeated until the inspection is completed for all cluster areas, and in step S860, the average of the wavelet energy map values for the cluster area that is in contact with the cytoplasmic area is equal to or greater than a predetermined threshold value. In this case, the abutted cluster region is merged into the cytoplasmic region. This can be expressed by the following equation (8).

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서, crj는 세포질 영역을 나타내며, th6은 미리 지정된 임계값으로서, 실험값이며 혈액의 특성에 따라 달라질 수 있다.
Here, cr j represents a cytoplasmic region, th 6 is a predetermined threshold value, and is an experimental value and may vary depending on blood characteristics.

단계 S870에서는, 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 단계 S860을 반복한다. 단계 S870에 대하여, 도 13을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
In step S870, step S860 is repeated until the inspection is completed for all cluster regions. Step S870 will be described in detail with reference to FIG. 13.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법에서 백혈구 세포질 영역 병합 결과를 나타내는 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법은, 검은 선으로 나타낸 세포질 영역 병합 결과를 볼 때, 정확하게 세포질을 분할해 내는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 13 is a diagram illustrating a result of merging leukocyte cytoplasmic regions in a leukocyte division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. FIG. As shown in FIG. 13, the white blood cell segmentation method using the nonparametric probability model and the texture information according to an embodiment of the present invention confirms that the cytoplasm is accurately divided when the cytoplasmic region merger results are shown in black lines. Can be.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법의 분할 성능을 나타내는 도면이다. 이때 분할 정확도는 다음 수학식 9에 의하여 평가하였다.14 is a diagram illustrating the segmentation performance of the leukocyte division method using a nonparametric probability model and texture information according to an embodiment of the present invention. At this time, the division accuracy was evaluated by the following equation (9).

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서, SU는 저분할 오차 비율, SO는 과분할 오차 비율, AVG_S는 평균 분할 정확도를 각각 나타낸다.
Here, S U represents a low division error ratio, S O represents an over division error ratio, and AVG_S represents an average division accuracy, respectively.

저분할 오차 비율은, 실제 분할해야 하는 백혈구 영역이지만 분할해내지 못한 영역의 비율을 나타내며, 과분할 오차 비율은 실제 백혈구가 아닌 영역이지만 백혈구의 핵 또는 세포질로 분할한 영역의 비율을 나타낸다. 평균 분할 정확도는 높은 값을 가질수록 적은 오차, 높은 정확도를 의미한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법은, 98%에 이르는 매우 높은 정확도를 보였으며, 세포질의 경우에도 70%가 넘는 정확도를 보였다. 백혈구 핵의 경우 저분할, 과분할 오차 비율이 1% 안팎으로 오차율이 매우 낮아 백혈구 핵만을 정확하게 분할함을 확인할 수 있다. 세포질의 경우, 일부 영역의 웨이블릿 에너지값이 나타나 세포질로 병합되지 않고 배경 영역으로 병합되는 현상이 나타났다.
The low division error ratio indicates the ratio of the white blood cell region to be divided, but cannot be divided, and the hyperdivision error ratio represents the ratio of the region which is not the actual white blood cell but divided into the nucleus or cytoplasm of the white blood cell. Average splitting accuracy means higher error value and less error. As shown in FIG. 14, the leukocyte splitting method using the nonparametric probability model and the texture information according to an embodiment of the present invention showed an extremely high accuracy of up to 98%, and in the case of cytoplasm, more than 70% accuracy. Showed. In the case of the leukocyte nucleus, the ratio of low-dividing and over-dividing errors is about 1% and the error rate is very low. In the case of the cytoplasm, wavelet energy values of some regions appeared and merged into the background region rather than into the cytoplasm.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention described above may be variously modified or applied by those skilled in the art, and the scope of the technical idea according to the present invention should be defined by the following claims.

S100: 혈액에서 분할된 백혈구 핵 영역으로부터 채도, 명도 값을 추출하는 단계
S200: 상기 채도, 명도 값을 이용하여 상기 백혈구 핵 영역에 대한 확률 모델을 생성하는 단계
S300: 상기 확률 모델을 이용하여 혈액 세포 영상에서 각각의 픽셀에 대해 백혈구 핵일 확률을 의미하는 확률 맵을 생성하는 단계
S400: 상기 확률 맵에서 백혈구 후보 영역인 서브 이미지(sub-image)를 분리하는 단계
S500: 상기 서브 이미지에 대하여 Mean-shift를 이용하여 영역 클러스터링을 수행하는 단계
S600: 거리 맵과 상기 확률 맵을 결합한 결합 맵을 이용하여 상기 서브 이미지의 각 클러스터 영역 간의 병합을 수행하는 단계
S700: 상기 병합이 완료된 클러스터 영역을 최종 분할된 백혈구 핵 영역으로 판단하는 단계
S100: extracting saturation and lightness values from the leukocyte nuclear region divided in the blood
S200: generating a probabilistic model for the leukocyte nucleus region using the saturation and brightness values
S300: generating a probability map representing a probability of leukocyte nuclei for each pixel in the blood cell image using the probability model
S400: separating a sub-image which is a white blood cell candidate region from the probability map
S500: performing area clustering on the sub-images using mean-shift
S600: performing merging between each cluster region of the sub-image using a combined map combining the distance map and the probability map
S700: determining the merged cluster region as the final divided leukocyte nucleus region

Claims (10)

(1) 혈액에서 분할된 백혈구 핵 영역으로부터, 채도, 명도 값을 추출하는 단계;
(2) 상기 추출된 채도, 명도 값을 이용하여, 상기 백혈구 핵 영역에 대한 확률 모델을 생성하는 단계;
(3) 상기 생성된 확률 모델을 이용하여, 혈액 세포 영상에서 각각의 픽셀에 대해 백혈구 핵일 확률을 의미하는 확률 맵을 생성하는 단계;
(4) 상기 생성된 확률 맵에서 백혈구 후보 영역인 서브 이미지(sub-image)를 분리하는 단계;
(5) 상기 분리된 서브 이미지에 대하여, Mean-shift를 이용하여 영역 클러스터링을 수행하는 단계;
(6) 거리 맵(distance map)과 상기 생성된 확률 맵을 결합한 결합 맵을 이용하여, 상기 분리된 서브 이미지의 각 클러스터 영역 간의 병합을 수행하는 단계; 및
(7) 상기 병합이 완료된 클러스터 영역을 최종 분할된 백혈구 핵 영역으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법.
(1) extracting saturation and brightness values from the leukocyte nucleus region divided in blood;
(2) generating a probabilistic model for the leukocyte nucleus region using the extracted chroma and brightness values;
(3) generating a probability map representing a probability of leukocyte nuclei for each pixel in the blood cell image by using the generated probability model;
(4) separating a sub-image which is a leukocyte candidate region from the generated probability map;
(5) performing region clustering on the separated sub-images using mean-shift;
(6) performing merging between respective cluster regions of the separated sub-images using a combined map combining a distance map and the generated probability map; And
And (7) determining the cluster region in which the merging is completed as the finally divided leukocyte nucleus region.
제1항에 있어서,
(8) 웨이블릿 에너지 맵과 상기 최종 분할된 백혈구 핵 영역을 이용하여 백혈구 세포질 영역을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법.
The method of claim 1,
And (8) detecting the leukocyte cytoplasmic region using the wavelet energy map and the finally divided leukocyte nuclear region.
제1항에 있어서, 상기 단계 (2)에서,
상기 추출된 채도, 명도 값을 이용하여 비모수(Non-oarametric) 방법인 히스토그램을 구성하고, 파즌 창(Parzen-window) 중 가우시안 스무드 커널(Gaussian Smooth-Kernel)을 적용하여 확률 밀도를 추정함으로써 상기 확률 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법.
The method of claim 1, wherein in step (2),
The probability is constructed by constructing a histogram, a non-oarametric method, using the extracted saturation and brightness values, and estimating probability density by applying a Gaussian Smooth-Kernel of the Parzen-window. Leukocyte segmentation method using a non-parametric probability model and texture information characterized in that to generate a model.
제1항에 있어서, 상기 단계 (3)은,
(3a) 상기 혈액 세포 영상을 RGB(Red Green Blue) 색 공간에서 HSL(Hue Saturation Lightness) 색 공간으로 변환하는 단계;
(3b) 상기 생성된 확률 모델에 기초하여, 상기 혈액 세포 영상의 각 픽셀마다 해당되는 확률 값을 상기 각 픽셀에 픽셀 명도 값으로 대응시키는 단계; 및
(3c) 각 픽셀에 대응된 상기 픽셀 명도 값을 이용하여, 상기 혈액 세포 영상으로 상기 확률 맵을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법.
2. The method of claim 1, wherein step (3)
(3a) converting the blood cell image from a red green blue (RGB) color space to a hues saturation lightness (HSL) color space;
(3b) mapping the probability value corresponding to each pixel of the blood cell image to the pixel brightness value based on the generated probability model; And
And (3c) generating the probability map from the blood cell image by using the pixel brightness value corresponding to each pixel, using the non-parametric probability model and texture information.
제1항에 있어서, 상기 단계 (4)는,
(4a) 상기 생성된 확률 맵에 대하여, 자동 이진화 알고리즘을 적용하여 이진화하는 단계;
(4b) 상기 생성된 확률 맵에 모폴로지컬 오프닝(Morphological Opening) 연산을 수행하여 잡음을 제거하는 단계; 및
(4c) 상기 모폴로지컬 오프닝 연산 후 잔존하는 후보 영역을 서브 이미지로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법.
The method of claim 1, wherein step (4) comprises
(4a) binarizing the generated probability map by applying an automatic binarization algorithm;
(4b) removing noise by performing a morphological opening operation on the generated probability map; And
And (4c) separating the candidate regions remaining after the morphological opening operation into sub-images.
제5항에 있어서, 상기 단계 (4c)에서,
서브 이미지가 핵 주변의 세포질까지 포함할 수 있도록, 상기 후보 영역을 포함하며 상기 후보 영역보다 높이와 너비가 1.1 내지 1.5배 큰 영역을 서브 이미지로 분리하는 것을 특징으로 하는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법.
The method according to claim 5, wherein in step (4c),
A non-parametric probability model and texture information comprising the sub-image is divided into sub-images including the candidate region and 1.1 to 1.5 times the height and width of the candidate region so that the sub-image can include the cytoplasm around the nucleus. Leukocyte splitting method using the.
제1항에 있어서, 상기 단계 (5)에서,
백혈구 핵의 색상이 주변 영역과 상이한 것을 고려하여, 영상 공간을 위한 커널 크기는 15, 색 공간을 위한 커널 크기는 10, 클러스터 당 최소 영역 크기는 20으로 설정하여 상기 Mean-Shift를 수행하거나, 또는 백혈구 세포질이 주변 적혈구와 혼동되지 않고 명확하게 클러스터링 되도록 하기 위하여, 영상 공간을 위한 커널 크기는 10, 색 공간을 위한 커널 크기는 8, 클러스터 당 최소 영역 크기는 12로 설정하여 상기 Mean-Shift를 수행하는 것을 특징으로 하는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법.
The method of claim 1, wherein in step (5),
Considering that the color of the leukocyte nucleus is different from the surrounding region, the mean-shift is performed by setting the kernel size for the image space to 15, the kernel size for the color space to 10, and the minimum region size per cluster to 20, or In order for the white blood cell cytoplasm to be clustered clearly without being confused with the surrounding red blood cells, the mean-shift is performed by setting the kernel size for the image space, the kernel size for the color space to 8, and the minimum region size per cluster to 12. Leukocyte segmentation method using a non-parametric probability model and texture information characterized in that.
제1항에 있어서, 상기 단계 (6)은,
(6a) 상기 분리된 서브 이미지에서 거리 맵(Distance map)을 구하고, 상기 구해진 거리 맵과 상기 생성된 확률 맵을 결합하여 결합 맵을 생성하는 단계;
(6b) 상기 생성된 결합 맵을 이용하여, 상기 분리된 서브 이미지에서 백혈구 핵의 시드(seed) 영역을 검출하는 단계; 및
(6c) 상기 검출된 시드 영역을 기준으로 미리 지정된 조건에 따라 각 클러스터 영역 간의 병합을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법.
The method of claim 1, wherein step (6) comprises
(6a) obtaining a distance map from the separated sub-image, and generating a combined map by combining the obtained distance map with the generated probability map;
(6b) detecting a seed region of a leukocyte nucleus in the separated sub-image using the generated binding map; And
(6c) a method of merging white blood cells using non-parametric probability model and texture information, comprising merging between cluster regions according to a predetermined condition based on the detected seed region.
제8항에 있어서, 상기 단계 (6b)는,
(6ba) 상기 생성된 결합 맵과 상기 클러스터 영역의 픽셀 수를 이용하여, 각 클러스터 영역에 대한 결합 맵 값의 평균을 계산하는 단계;
(6bb) 상기 계산된 결합 맵 값의 평균과 상기 클러스터 영역의 픽셀 수가 미리 지정된 값 이상이면, 상기 클러스터 영역을 시드 영역으로 선정하는 단계;
(6bc) 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 단계 (6ba), (6bb)를 반복하는 단계; 및
(6bd) 상기 시드 영역이 하나도 선정되지 않은 경우, 상기 결합 맵 값이 가장 큰 영역을 시드 영역으로 선정하는 단계를 포함하며,
상기 단계 (6c)는,
(6ca) 상기 검출된 시드 영역과 맞닿은 클러스터 영역에 대하여, 채도와 명도가 일정 값 이상이면, 상기 맞닿은 클러스터 영역을 상기 시드 영역에 병합하는 단계; 및
(6cb) 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 단계 (6ca)를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법.
The method of claim 8, wherein step (6b)
(6ba) calculating an average of the combined map values for each cluster region using the generated combined map and the number of pixels of the cluster region;
(6bb) selecting the cluster region as a seed region if the average of the calculated combined map values and the number of pixels of the cluster region are equal to or greater than a predetermined value;
(6bc) repeating steps 6ba and 6bb until inspection is complete for all cluster regions; And
(6bd) if none of the seed regions is selected, selecting a region having the largest combined map value as a seed region,
The step (6c) is,
(6ca) merging the abutted cluster region with the seed region if the saturation and lightness of the cluster region abutting the detected seed region are greater than or equal to a predetermined value; And
(6cb) A method for white blood cell division using nonparametric probability model and texture information, comprising repeating step (6ca) until the test is completed for all cluster regions.
제2항에 있어서, 상기 단계 (8)은,
(8a) 상기 분리된 서브 이미지에서 웨이블릿 변환을 통하여 얻을 수 있는 수직, 수평, 대각 성분을 하나의 단일한 웨이블릿 에너지 맵으로 결합하는 단계;
(8b) 상기 분리된 서브 이미지의 가장자리와 만난 상기 클러스터 영역의 가장자리 길이가 미리 지정된 값 이상이면, 상기 클러스터 영역을 배경 영역 집합으로 분류하는 단계;
(8c) 상기 웨이블릿 에너지 맵과 상기 클러스터 영역의 픽셀 수를 이용하여, 각 클러스터 영역에 대한 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균을 계산하는 단계;
(8d) 상기 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균이 미리 지정된 값 이상이면, 상기 클러스터 영역을 세포질 영역으로 선정하는 단계;
(8e) 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 상기 단계 (8b), (8c), (8d)를 반복하는 단계;
(8f) 상기 세포질 영역과 맞닿은 클러스터 영역에 대하여, 상기 웨이블릿 에너지 맵 값의 평균이 미리 지정된 값 이상이면, 상기 맞닿은 클러스터 영역을 상기 세포질 영역에 병합하는 단계; 및
(8g) 모든 클러스터 영역에 대하여 검사가 완료될 때까지 상기 단계 (8f)를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비모수적 확률 모델과 질감 정보를 이용한 백혈구 분할 방법.
The method of claim 2, wherein step (8) comprises
(8a) combining vertical, horizontal and diagonal components obtained through wavelet transform in the separated sub-image into one single wavelet energy map;
(8b) classifying the cluster area into a background area set if an edge length of the cluster area that meets the edge of the separated sub-image is equal to or greater than a predetermined value;
(8c) calculating an average of wavelet energy map values for each cluster region by using the wavelet energy map and the number of pixels of the cluster region;
(8d) selecting the cluster region as a cytoplasmic region if the average of the wavelet energy map values is equal to or greater than a predetermined value;
(8e) repeating steps (8b), (8c), (8d) until the inspection is completed for all cluster regions;
(8f) merging the abutted cluster region into the cytoplasmic region if the mean of the wavelet energy map values for the cluster region abutting the cytoplasmic region is greater than or equal to a predetermined value; And
And (8g) repeating step (8f) until the test is completed for all cluster regions.
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