[发明专利]应用四元数分割与图论优化的外周血白细胞边缘提取方法

说明书

技术领域

本发明属于图像分析领域，涉及一种外周血白细胞边缘提取方法，具体是一种应用四元数边缘检测与图论优化方法进行外周血白细胞边缘检测与链接的方法。 

背景技术

血常规检查是医生诊断的重要辅助手段。现在医院普遍使用血常规检测仪进行血常规检查。血常规检测仪主要是通过分析不同类别的血液细胞在经过设定微孔时的光电效应来完成各类血细胞的统计。在技术上，由于细胞特征抽取过少，一般分类精度不高，功能比较简单，其检测结果通常作为病情诊断的初步判断依据。在实际应用中，为了确诊病情，需要将血液制成涂片，经染色后在显微镜下观察核的形状，胞浆的颜色，胞浆颗粒大小和颜色，白细胞的形状，最终完成血细胞病理检查。工作人员每天有大量血片待查，由于疲劳会引起误判。另外无法对样本进行数据保存以进行后续研究分析。因而外周血白细胞自动分析成为近年来医学显微图像分析的重点方向之一。 

外周血白细胞自动分析主要包括图像数据采集，白细胞区域初始定位（含图像预处理），白细胞边缘提取（胞浆边缘提取与胞核边缘提取），白细胞特征提取，白细胞特性分析。其中白细胞边缘提取步骤的目的是从一幅显微图像中找到只包含白细胞的区域并完成对白细胞胞浆和胞核边缘分割提取，边缘分割提取后所得胞浆和胞核区域可用于进行特征计算、特征选择与自动分析，因而准确地提取白细胞边缘是外周血白细胞自动分析的关键步骤。 

在提取白细胞胞浆与胞核边缘轮廓之前，首先通过图像去噪与直方图图像分析方法获得白细胞的区域范围。这个步骤可以降低后续提取胞核与胞浆轮廓的复杂度。 

在提取白细胞胞核边缘中应用正交小波包多尺度分析和边缘链码方法。小波包分解重构方法针对胞核信息通常在各个频带具有固定的特征分布，而胞浆信息通常均匀地存在与各个频带。利用这个特性，对在各个频带均相似的系数进行置零，使得重构结果中白细胞胞浆与胞核区域差异增大。对于增强后的多尺度重建结果进行综合以实现边缘偏差抑制。以大尺度上的边缘为基础，在小尺度的边缘图像上排除不可能出现边缘的位置，同时以大尺度边缘相邻的八点邻域内的内的小尺度上的边缘替代原来大 尺度上的边缘，实现较好的边缘偏差抑制，进而获得白细胞胞核区域。一旦获得白细胞胞核区域，则通过边缘链码方法获得它的外轮廓。 

白细胞胞浆边缘提取包括两个步骤：白细胞胞浆边缘检测与胞浆边缘链接。在白细胞胞浆边缘检测步骤通过建立色彩空间的共色调平面方程计算得到四元数形式的纯色度表达式。分别估算外周血白细胞胞浆与背景色彩的色度轴纯四元数值。应用四元数卷积方法计算得到彩色图像的边缘强度。通过阈值方法进行边缘点判断。得到白细胞胞浆边缘点后，结合白细胞胞浆的封闭近圆特性以及一个白细胞窗内只有一个白细胞的先验知识实现白细胞胞浆轮廓片段提取算法。 

在胞浆边缘片段链接步骤，应用图论优化方法实现边缘链接。以边缘轮廓片段的端点为顶点。用加权的边表示这些像素点之间的连接关系。权值表示该边的边缘链接代价。这样就可以将轮廓曲线的链接转换成代价函数优化。总的来说它能够充分使用全局信息，并得到有效的白细胞胞浆轮廓分割结果。 

最终通过以上步骤，完成外周血白细胞胞浆和胞核轮廓的边缘提取与链接。 

发明内容

技术问题：本发明提出一种稳定的外周血白细胞胞核及胞浆轮廓提取方法。这种方法不仅自动检测外周血白细胞的胞核和胞浆的边缘位置，而且实现自动边缘链接。这种技术对于计算机自动计算与分析白细胞特征具有重要意义。 

技术方案：本发明的应用四元数边缘检测与图论优化的外周血白细胞边缘提取方法，其特征在于，该方法首先进行白细胞图像预处理，通过细胞窗定位，得到仅包含一个白细胞的正方形区域，然后分别检测并链接白细胞胞核轮廓与胞浆轮廓，具体处理步骤包括： 

（1）对采集的血细胞彩色图像进行增强处理：首先将采集的血细胞彩色图像转换为灰度图像，然后采用中值滤波方法对灰度图像进行噪声滤除； 

（2）应用直方图分析方法获取仅包含一个白细胞的正方形区域； 

（3）分别获取白细胞胞核边缘轮廓和白细胞胞浆轮廓片段，具体包括： 

（3a）在灰度图像上对正方形区域应用正交小波包多尺度分析和边缘链码方法，得到白细胞胞核边缘轮廓； 

（3b）在血细胞彩色图像上对正方形区域应用四元数边缘检测方法，获取白细胞胞浆轮廓片段，具体方法为： 

根据步骤（2）得到的正方形区域，从原始的血细胞彩色图像中截取这个白细胞的正方形区域，然后从彩色图像中截取的正方形区域上应用四元数边缘检测方法获取白细胞胞浆轮廓片段：