[发明专利]一种基于显微成像检测的高动态图像获取装置及其方法

权利要求书

1.一种基于显微成像检测的高动态图像获取装置，包括显微镜和计算机系统，其特征在于：所述的显微镜光源和载物平台之间加装由控制电机和圆盘型光学梯度衰减器组成的光强控制装置，并通过数字CCD图像传感器与计算机系统相连，所述的计算机系统包括：

(1)显微图像光强控制及图像获取模块：由计算机控制圆盘型光学梯度衰减器旋转定位到不同的位置并进行显微图像采集，以获取同一视场不同光强度的显微图像序列供后续处理，实现显微图像动态范围的扩展；

(2)图像预处理和配准模块：通过显微图像预处理消除成像过程中引入的噪声；由于在成像过程中，同一视场多帧不同曝光图像之间可能存在平移和旋转，对其进行精确配准，以保证合成高质量高动态范围显微图像；

(3)高动态显微图像合成处理模块：对同一视场多帧不同曝光的显微图像进行分块处理，在图像块间设置重叠缓冲区；采用评价函数实现对同一位置不同光强的图像帧进行块的选择，并利用图像块的统计特征生成调整因子对合成的显微图像进行灰度调整，对块间的缓冲区像素进行融合处理，实现同一视场多帧不同曝光显微图像合成为一帧更高动态范围的显微图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于显微成像检测的高动态图像获取装置，其特征在于：所述的光学梯度衰减器，是由六个不同光强透过率的光学衰减片构成，包括全透档在内一共七档，其实现光的透过率分别为100％，80％，60％，40％，20％，10％，及1％。

3.根据权利要求1所述的一种基于显微成像检测的高动态图像获取装置，其特征在于：所述的显微图像光强控制及图像获取模块采用计算机控制圆盘型光学梯度衰减片旋转定位至不同的位置以控制检测系统显微成像时不同光强，并在保证相机曝光时间相等的条件下进行显微成像，以获取同一视场不同光强多帧显微图像序列。

4.根据权利要求1所述的一种基于显微成像检测的高动态图像获取方法，包括下列步骤：

(1)首先通过计算机控制电机使圆盘型梯度衰减器旋转定位至不同位置，以控制显微镜视场的光强，并在保证曝光时间不变，利用数字CCD在不同光强条件下成像，获取同一视场7帧不同曝光强度的图像序列；

(2)对同一场景7帧不同曝光强度的显微图像序列先进行高斯滤波后，再拉普拉斯边缘增强处理，实现滤除噪声、强化图像的边缘特征；

(3)以第4帧图像为参考帧，并将其分成6个垂直的区间，每个区间选取一个特征点，每一部分将从上到下进行搜索，选择灰度最大的点作为该区域上的特征点；并根据所选取的特征点在其它图像帧的对应区域搜寻对应的特征点，分别确定其它的图像帧相对于参考图像在各区的局部运动矢量；

(4)分别将各自局部运动矢量代入图像运动模型，计算各帧与选定的参考帧的全局运动矢量，其中包括平移量和旋转量，并以之进行同一场景7显微图像配准；

(5)从给定的CCD参数中，获取其光照响应曲线，或利用获取的不同曝光图像序列，由Debevec算法，计算相机的光照响应曲线；并对获取的光照响应曲线进行变换，得到一条光滑单调的反函数响应曲线；

(6)对同一视场的7帧已配准的不同曝光的图像进行分块，利用显微图像的点梯度算法计算图像的清晰度，CCD的光照响应曲线的反函数估算图像的信息量，并在对其进行归一化处理基础上，综合图像块的清晰度和信息量，构建出图像评价函数Ω(i)＝λW_i+(1-λ)V_i，用于选择不同曝光显微图像帧相同位置的相应块参与最终显微图像的合成；

(7)对已选定参与合成的显微图像块，划分块间重叠缓冲区，分别采用左块和上块的统计参数均值和方差构成的调整因子来调整右块和下块图像的整体灰度，以解决图像块间的光照变化问题；处理的顺序是先处理行块，从左到右，再处理列块，从上到下；

(8)将图像重叠缓冲区域的像素进行融合处理，融合因子采用图像灰度位置线形平滑过渡算法确定；采用像素值按一定的权值进行融合相加的方法，可使灰度逐渐过渡，避免显微图像变得模糊或出现明显的边界；

(9)最后输出合成高动态图像f(x，y)。