專利名稱:一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，特別是指全自動(dòng)顯微圖像的自動(dòng)拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法。
背景技術(shù)：
通過(guò)全自動(dòng)顯微鏡，將多個(gè)顯微鏡視場(chǎng)圖像拼接成一幅大圖來(lái)擴(kuò)大觀察的范圍是擴(kuò)展克服顯微鏡的有限視場(chǎng)的局限性、提升顯微鏡的應(yīng)用的有效方法。目前全自動(dòng)顯微鏡由于機(jī)械精度問(wèn)題，捕獲的各視場(chǎng)的圖像位置會(huì)有一定程度的錯(cuò)位，且誤差隨機(jī)，必須對(duì)圖像之間的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)整才能獲得連續(xù)無(wú)縫的拼接圖像。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存限制，難以把一個(gè)超大圖像全部放進(jìn)計(jì)算機(jī)內(nèi)存來(lái)進(jìn)行處理，超大圖像的存儲(chǔ)和處理與有限的計(jì)算機(jī)物理內(nèi)存容量之間具有難以調(diào)和的矛盾。
一般來(lái)說(shuō)，全自動(dòng)顯微大圖像具有以下幾個(gè)特點(diǎn)一，切片上的組織分布隨機(jī)；二，切片不平整，由于顯微鏡景深的限制，造成不同視野下的切片畫面聚焦不同，倍數(shù)越高越明顯；三，拼接的圖片尺寸巨大，如果每個(gè)視野的圖像尺寸為800×600像素，那么拼接40×40個(gè)視野的圖片將達(dá)到32000×24000像素，如果圖像的格式為24bits的BMP，則存儲(chǔ)一幅圖像的物理尺寸達(dá)到32000×24000×3＝2304MB，而對(duì)于不同的應(yīng)用，可能需要的尺寸更大。保存和瀏覽這種類型的圖片非常消耗計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源，圖像的顯示受到物理內(nèi)存大小的限制，如果對(duì)于尺寸更大的圖像就根本無(wú)法存儲(chǔ)和顯示。
全自動(dòng)顯微大圖像的上述這些特點(diǎn)，大大限制了其應(yīng)用和發(fā)展，因此需要提供一種顯微大圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，將軟件和顯微鏡硬件作進(jìn)一步整合，以解決上述全自動(dòng)顯微大圖像拼接、存儲(chǔ)和瀏覽過(guò)程所遇到的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，其主要目的在于克服現(xiàn)有全自動(dòng)顯微鏡系統(tǒng)在獲取和處理切片圖像過(guò)程中，由于整幅圖像過(guò)大，而在捕獲、拼接、存儲(chǔ)和瀏覽等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的上述一系列問(wèn)題。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，包括以下步驟1)按照預(yù)設(shè)的重疊率逐一捕獲切片的所有各視野位置的單元圖像，并記錄其位置；2)評(píng)估相鄰單元圖像的拼接可能性，遍歷所有單元圖像，根據(jù)拼接可能性生成一個(gè)最優(yōu)拼接順序，根據(jù)最優(yōu)拼接順序逐一對(duì)相鄰兩單元圖像進(jìn)行拼接，得到每個(gè)單元圖像的相對(duì)位置，再根據(jù)每個(gè)單元圖像的相對(duì)位置得出其在整幅圖像中的絕對(duì)位置，以生成拼接后的整幅圖像；3)保存各單元圖像的在整幅圖像中的絕對(duì)位置信息和各單元圖像；4)通過(guò)各單元圖像的在整幅圖像中的絕對(duì)位置信息獲取所需的部分單元圖像進(jìn)行顯示。
前述一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，在捕獲切片一個(gè)視野的單元圖像時(shí)，通過(guò)顯微鏡自動(dòng)聚焦功能，捕獲在該視野的最清晰的圖像。
前述一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，拼接圖像的步驟進(jìn)一步包括1)根據(jù)預(yù)設(shè)的重疊率獲得兩相鄰單元圖像之間重疊部分的圖像，計(jì)算此圖像紋理的變化程度，即拼接可能性；2)以單元圖像為節(jié)點(diǎn)，以上述重疊部分圖像紋理的變化程度為邊的權(quán)值，構(gòu)造一個(gè)拼接圖，從拼接圖的任意節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，生成該拼接圖的最大生成樹，對(duì)該拼接圖的遍歷順序即最優(yōu)拼接順序；3)從該最大生成樹的根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始遍歷該最大生成樹，逐一拼接兩相鄰節(jié)點(diǎn)的單元圖像，計(jì)算當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與其父節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)位置，并轉(zhuǎn)化為在整幅圖像中的絕對(duì)位置，得到各節(jié)點(diǎn)單元圖像的在整幅圖像中的絕對(duì)位置列表。
進(jìn)一步地，按以下步驟計(jì)算兩相鄰單元圖像之間重疊部分的圖像的紋理變化程度1)計(jì)算兩幅相鄰單元圖像需要匹配區(qū)域的差，得到一幅評(píng)估圖像；2)分別計(jì)算評(píng)估圖像每個(gè)通道的所有像素的和然后取平均值；3)分別依次將每個(gè)通道的各像素減去對(duì)應(yīng)通道的平均值，取絕對(duì)值，然后求各絕對(duì)值的和，并將各通道得到的和相加得到紋理變化程度值。
瀏覽顯微圖像的步驟進(jìn)一步包括根據(jù)觀察視口的大小、位置及顯示比例計(jì)算出該觀察視口在整幅顯微圖像中的投影位置，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)單元圖像的絕對(duì)位置列表，找出與前述觀察視口的投影位置相交的單元圖像集合，并根據(jù)顯示比例，生成該單元圖像集合在內(nèi)存的映像，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)單元圖像的絕對(duì)位置列表和視口位置計(jì)算映像內(nèi)每個(gè)單元圖像的在觀察視口內(nèi)的相對(duì)位置列表，根據(jù)該相對(duì)位置列表在觀察視口內(nèi)顯示圖像。
前述一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，采用JPEG、GIF、BMP或TIFF標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮格式對(duì)各單元圖像進(jìn)行分散保存。
由上述對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的描述可知，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)一，單獨(dú)存儲(chǔ)各視野的單元圖像以及各單元圖像的位置參數(shù)，并通過(guò)各單元圖像及其位置參數(shù)來(lái)進(jìn)行瀏覽，克服了以往將整幅切片圖像調(diào)入內(nèi)存進(jìn)行瀏覽的方式所帶來(lái)的占用內(nèi)存過(guò)大、瀏覽速度緩慢的缺點(diǎn)；二，通過(guò)顯微鏡的自動(dòng)聚焦功能，在各個(gè)視場(chǎng)內(nèi)自動(dòng)聚焦以獲得各視場(chǎng)內(nèi)的清晰的單元圖像，克服因切片不平整，不同視野下的切片畫面聚焦不同的問(wèn)題；三，實(shí)現(xiàn)各視野的單元圖像之間的無(wú)縫拼接，克服了由于顯微鏡機(jī)械精度導(dǎo)致的捕獲的各視場(chǎng)的單元圖像位置發(fā)生隨機(jī)錯(cuò)位的問(wèn)題。
圖1為本發(fā)明的總體流程圖；圖2為本發(fā)明的圖像捕獲流程圖；圖3為本發(fā)明的圖像拼接流程圖；圖4為本發(fā)明的圖像瀏覽流程圖。
具體實(shí)施方式下面參照?qǐng)D1至圖4說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
參照?qǐng)D1，一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，主要包括四個(gè)步驟捕獲圖像(步驟S1)、拼接圖像(步驟S2)、保存圖像(步驟S3)、瀏覽圖像(步驟S4)，下面分別對(duì)各個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
一、捕獲圖像參照?qǐng)D2，首先確定組織切片需要獲取圖像的矩型區(qū)域。接著根據(jù)顯微鏡視頻圖像的圖片尺寸以及一定的重疊率確定為了拍攝連續(xù)視野的切片組織圖像載物臺(tái)需要行走的路線p(步驟S11)。路線由每個(gè)需要拍攝圖像的位置n序列組成。讓顯微鏡的載物臺(tái)沿著p移動(dòng)，在每一個(gè)位置n停下來(lái)，先進(jìn)行自動(dòng)聚焦獲取使得視野圖像清晰，然后將本視野的單元圖像保存在外部存儲(chǔ)器上，并記錄下對(duì)應(yīng)的位置(步驟S12至步驟S15)。
二、拼接圖像參照?qǐng)D3，捕獲完各視野的單元圖像后，首先對(duì)捕獲的單元圖像進(jìn)行分析，計(jì)算相鄰的單元圖像之間的拼接可能性(步驟S21)，根據(jù)拼接可能性確定最優(yōu)的拼接順序(步驟S22)。根據(jù)最優(yōu)拼接順序?qū)⒈４嬖谕獠看鎯?chǔ)器上的各單元圖像分別加載進(jìn)內(nèi)存進(jìn)行拼接(步驟S23)，得到每張單元圖像的相對(duì)位置。然后根據(jù)每張單元圖像的相對(duì)位置生成拼接后的圖像。
計(jì)算兩相鄰單元圖像之間的拼接可能性的方法為計(jì)算兩相鄰單元圖像重疊部分的圖像的紋理變化程度，以紋理變化程度表示拼接的可能性。首先計(jì)算兩幅相鄰單元圖像需要匹配區(qū)域的差，得到一幅評(píng)估圖像；接著分別計(jì)算評(píng)估圖像每個(gè)通道的所有像素的和然后取平均值；最后分別依次將每個(gè)通道的各像素減去對(duì)應(yīng)通道的平均值，取絕對(duì)值，然后求各絕對(duì)值的和，并將各通道得到的和相加得到紋理變化程度值。
生成最優(yōu)拼接順序的方法是構(gòu)造一個(gè)帶權(quán)值的拼接圖結(jié)構(gòu)G，拼接圖G中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示每一幅捕獲的待拼接的單元圖像，相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的邊上的權(quán)值為該兩個(gè)單元圖像之間的拼接可能性值。以任意節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)，生成這個(gè)拼接圖的最大生成樹T，則對(duì)這個(gè)圖的遍歷順序?yàn)樽顑?yōu)的拼接順序。
按以下步驟生成最大生成樹先選擇任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)；在當(dāng)前樹之外的節(jié)點(diǎn)中找到與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)之間的邊的權(quán)值最大的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與此節(jié)點(diǎn)之間的邊作為生成樹的一條邊，然后把此節(jié)點(diǎn)加入到當(dāng)前樹中，并將此節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)；重復(fù)上述步驟，直到?jīng)]有可用節(jié)點(diǎn)。
相鄰兩幅單元圖像的拼接方法為假設(shè)單元圖像1和單元圖像2有重疊的范圍，圖1上重疊的范圍為R1，圖2上重疊的范圍為R2，在R1中選取一塊區(qū)域RT1的圖片PT作為模版，用PT在R2上進(jìn)行匹配，找到最好的匹配位置RT2，根據(jù)RT1和RT2，即可獲得圖1和圖2之間拼接后的相對(duì)位置。所有單元圖像的拼接方法為設(shè)第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的單元圖像的位置為(0，0)，根據(jù)最優(yōu)拼接順序拼接相鄰的兩幅單元圖像，獲取下一單元圖像和前一單元圖像的相對(duì)位置，計(jì)算出每幅單元圖像的絕對(duì)位置。每次只進(jìn)行兩幅圖像的拼接，內(nèi)存的使用不會(huì)隨著整幅大圖的尺寸增大而增大，保證在大圖的尺寸增大的情況下，內(nèi)存的占用始終不會(huì)影響系統(tǒng)的性能。最后獲得每一幅待拼接的單元圖像在目標(biāo)大圖內(nèi)的絕對(duì)位置。
三、保存圖像將拼接后的整幅大圖的保存格式定義為MIF格式，其具體保存方法為假設(shè)用戶保存的MIF文件路徑為test/sample.mif，先將每幅單元圖像的絕對(duì)位置列表，包括單元圖像名稱、單元圖像在整幅圖像中的位置，保存在文件test/sample.mif中；創(chuàng)建目錄test/sample.mif.pictures，將各單元圖像保存在此目錄里。
四、瀏覽圖像參照?qǐng)D4，根據(jù)觀察視口的大小、位置及顯示比例計(jì)算出該觀察視口在整幅顯微圖像中的投影位置，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)單元圖像的絕對(duì)位置列表，找出與前述觀察視口的投影位置相交的單元圖像集合(步驟S41、S42)，并根據(jù)顯示比例，生成該單元圖像集合在內(nèi)存的映像，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)單元圖像的絕對(duì)位置列表和視口位置計(jì)算映像內(nèi)每個(gè)單元圖像的在觀察視口內(nèi)的相對(duì)位置列表(步驟S43)，根據(jù)該相對(duì)位置列表在觀察視口內(nèi)顯示圖像(步驟S44)。
假設(shè)保存的MIF文件路徑為test/sample.mif，需要觀察的圖片部分區(qū)域?yàn)镽(x0，y0，x1，y1)，比例為S，則瀏覽步驟為1)打開(kāi)文件test/sample.mif，獲取每幅單元圖像的絕對(duì)位置列表I，包括單元圖像名稱和單元圖像在整幅圖像中的位置；2)遍歷絕對(duì)位置列表I中每一幅單元圖像的位置，即左上角位置(x，y)，尺寸(width，height)，如果與區(qū)域R相交或在區(qū)域R內(nèi)則將該單元圖像名稱和單元圖像在整幅圖像中的位置保存在預(yù)備繪圖表D中；遍歷預(yù)備繪圖表D，讀取每個(gè)單元圖像，根據(jù)顯示比例S對(duì)各單元圖像進(jìn)行比例變換，將變換后的副本保存在內(nèi)存中；通過(guò)I、R和S計(jì)算D中每副單元圖像相對(duì)于顯示屏幕的相對(duì)坐標(biāo)，將變換后的單元圖像副本繪制在屏幕上。
上述僅為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。
權(quán)利要求
1.一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，包括以下步驟1)按照預(yù)設(shè)的重疊率逐一捕獲切片的所有各視野位置的單元圖像，并記錄其位置；2)評(píng)估相鄰單元圖像的拼接可能性，遍歷所有單元圖像，根據(jù)拼接可能性生成一個(gè)最優(yōu)拼接順序，根據(jù)最優(yōu)拼接順序逐一對(duì)相鄰兩單元圖像進(jìn)行拼接，得到每個(gè)單元圖像的相對(duì)位置，再根據(jù)每個(gè)單元圖像的相對(duì)位置得出其在整幅圖像中的絕對(duì)位置，以生成拼接后的整幅圖像；3)保存各單元圖像的在整幅圖像中的絕對(duì)位置信息和各單元圖像；4)通過(guò)各單元圖像的在整幅圖像中的絕對(duì)位置信息獲取所需的部分單元圖像進(jìn)行顯示。
2.如權(quán)利要求
1所述的一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，其特征在于在捕獲切片一個(gè)視野的單元圖像時(shí)，通過(guò)顯微鏡自動(dòng)聚焦功能，捕獲在該視野的最清晰的圖像。
3.如權(quán)利要求
1所述的一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，其特征在于拼接圖像的步驟進(jìn)一步包括1)根據(jù)預(yù)設(shè)的重疊率獲得兩相鄰單元圖像之間重疊部分的圖像，計(jì)算此圖像紋理的變化程度，即拼接可能性；2)以單元圖像為節(jié)點(diǎn)，以上述重疊部分圖像紋理的變化程度為邊的權(quán)值，構(gòu)造一個(gè)拼接圖，從拼接圖的任意節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，生成該拼接圖的最大生成樹，對(duì)該拼接圖的遍歷順序即最優(yōu)拼接順序；3)從該最大生成樹的根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始遍歷該最大生成樹，逐一拼接兩相鄰節(jié)點(diǎn)的單元圖像，計(jì)算當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與其父節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)位置，并轉(zhuǎn)化為在整幅圖像中的絕對(duì)位置，得到各節(jié)點(diǎn)單元圖像的在整幅圖像中的絕對(duì)位置列表。
4.如權(quán)利要求
3所述的一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，其特征在于按以下步驟計(jì)算兩相鄰單元圖像之間重疊部分的圖像的紋理變化程度1)計(jì)算兩幅相鄰單元圖像需要匹配區(qū)域的差，得到一幅評(píng)估圖像；2)分別計(jì)算評(píng)估圖像每個(gè)通道的所有像素的和然后取平均值；3)分別依次將每個(gè)通道的各像素減去對(duì)應(yīng)通道的平均值，取絕對(duì)值，然后求各絕對(duì)值的和，并將各通道得到的和相加得到紋理變化程度值。
5.如權(quán)利要求
3所述的一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，其特征在于瀏覽顯微圖像的步驟進(jìn)一步包括根據(jù)觀察視口的大小、位置及顯示比例計(jì)算出該觀察視口在整幅顯微圖像中的投影位置，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)單元圖像的絕對(duì)位置列表，找出與前述觀察視口的投影位置相交的單元圖像集合，并根據(jù)顯示比例，生成該單元圖像集合在內(nèi)存的映像，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)單元圖像的絕對(duì)位置列表和視口位置計(jì)算映像內(nèi)每個(gè)單元圖像的在觀察視口內(nèi)的相對(duì)位置列表，根據(jù)該相對(duì)位置列表在觀察視口內(nèi)顯示圖像。
6.如權(quán)利要求
1所述的一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，其特征在于采用JPEG、GIF、BMP或TIFF標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮格式對(duì)各單元圖像進(jìn)行分散保存。
專利摘要
一種全自動(dòng)顯微圖像的拼接、存儲(chǔ)和瀏覽方法，包括按照預(yù)設(shè)的重疊率逐一捕獲切片的各視野的單元圖像，并記錄其位置；評(píng)估相鄰單元圖像的拼接可能性，遍歷所有單元圖像，根據(jù)拼接可能性生成最優(yōu)拼接順序，根據(jù)最優(yōu)拼接順序?qū)Ω鲉卧獔D像進(jìn)行拼接，得到每個(gè)單元圖像的相對(duì)位置，再根據(jù)每個(gè)單元圖像的相對(duì)位置得出其在整幅圖像中的絕對(duì)位置，以生成拼接后的整幅圖像；保存各單元圖像的在整幅圖像中的絕對(duì)位置信息和各單元圖像；通過(guò)各單元圖像的在整幅圖像中的絕對(duì)位置信息獲取所需的部分單元圖像進(jìn)行顯示。本發(fā)明克服了現(xiàn)有全自動(dòng)顯微鏡系統(tǒng)在獲取和處理切片圖像過(guò)程中，由于整幅圖像過(guò)大，而在捕獲、拼接、存儲(chǔ)和瀏覽等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的上述一系列問(wèn)題。
文檔編號(hào)G06T5/00GK1996379SQ200610069492
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年10月25日
發(fā)明者陳斌, 賈守禮, 陳進(jìn), 狐昱 申請(qǐng)人:麥克奧迪實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan