[发明专利]一种荧光显微图像二值化的自适应阈值方法

说明书

本发明涉及一种荧光显微图像二值化的自适应阈值方法，属于显微镜系统图像处理技术。包括：滤除低频背景，图像背景均一化处理；计算图像的归一化直方图，获得归一化直方图曲线；幂函数曲线拟合；对拟合曲线求导获得曲线转折点；根据得到阈值再进行二值化处理。本发明从荧光显微图像低背景的特点出发，提供了一种基于归一化直方曲线拟合的自适应阈值选取方法，适用于荧光显微图像的二值化处理。

技术领域

本发明涉及显微镜系统的图像处理领域，特别是一种荧光显微图像二值化的自适应阈值方法。

背景技术

荧光显微成像技术是生物医学、细胞与分子生物学、微生物学、环境科学等领域的重要研究手段之一。

在图像处理中，二值化是主要处理手段之一，对灰度图像进行二值化的基本思想是确定一个阈值，然后把每个像素点的灰度值和阈值比较，根据比较的结果把图像中各像素划分为目标和背景两类。对于光照均匀的图片，应用经典的全局阈值方法可以取得较好的效果，这些方法包括:根据直方图双峰间谷底阈值法、迭代选择阈值法、最大类间方差法(OSTU)法等。对荧光显微图像，特点包括：具有弱背景光，目标物具有相对强的荧光；背景光照不均匀，特别在高倍率物镜下，中间与四周背景存在明显亮度差；当目标物较少时(如微生物显微成像)，直方图不存在明显的峰值，多数像素属于低灰度值；可能同时存在多色的荧光成像信号，对目标颜色的荧光目标的二值化处理造成干扰；荧光显微成像质量不一等。对于荧光显微图像，常用的全局化的阈值方法存在应用上存在着实际的困难，双峰法对于直方图无峰的荧光图像无法使用，OSTU法、迭代法等对背景和目标比较接近的低信噪比图像处理失效。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种能有效、快速地进行二值化处理的荧光显微图像二值化的自适应阈值方法。

本发明采用如下技术方案：

一种荧光显微图像二值化的自适应阈值方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)分别提取荧光显微图像的RGB三个颜色通道，生成三个灰度图像，并分别滤除这三个灰度图像的低频背景部分；

2)计算滤波后灰度图像分布直方图，获得低灰度区的最高值，去除最高值之前的数据点，生成新的维点曲线并进行归一化处理；

3)对归一化后的维点曲线进行双段指数函数拟合，根据统计判断参数对拟合值进行判断是否需要阈值计算，若是则根据双段指数函数计算阈值。

4)根据阈值对归一化后的维点曲线再做二值化处理，生成矩阵A；

5)将1)中的荧光显微图像RGB格式转换为HSV格式，根据HSV矩阵中色度值分别判断每像素颜色，生成目标颜色的逻辑矩阵B；

6)在目标颜色类型中，对矩阵A和矩阵B进行逻辑和运算，获得该颜色的二值化图。

优选的，在步骤2)中采用形态学Tophat滤波滤除低频背景部分。

优选的，在步骤3)中，所述的根据双段指数函数计算阈值，是指对双段指数函数求导，获得曲线转折点，以该转折点的横坐标值乘以255倍作为阈值。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的二值化方法，能够对低信噪比的多颜色荧光显微图像，获得不同颜色的二值化结果，方便后续图像的处理。

2、本发明的二值化方法，对灰度图像进行低频背景的滤波以消除光照不匀的背景，适用于荧光显微成像中间亮度高、四周亮度低，背景亮度变化为低频的特点。

3、本发明的二值化方法，对直方图做归一化处理的理由是消除直方图纵坐标、横坐标由于物理意义不同引发的差异性。