[发明专利]一种基于数字图像处理技术的花粉检测方法

权利要求书

1.一种基于数字图像处理技术的花粉检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)图像的预处理：对显微镜采集的原始图像进行灰度化，得到灰度图像；

2)连通区域获取：对得到的灰度图像进行边缘检测和霍夫梯度圆检测，得到霍夫检测圆圆心坐标集合，以每一个圆心作为生长种子点进行区域生长，得到连通区域集合；

3)连通区域特征计算与筛选：计算连通区域集合中每一个连通区域的特征，计算特征进行连通区域筛选，通过筛选的连通区域认为是检测到的花粉；

所述步骤3)连通区域特征计算与筛选包括以下步骤：

(1)计算连通区域e_i的上下边界和左右边界，通过边界计算得到外包矩形长宽比f_i；

(2)计算连通区域e_i的像素点的个数，个数数值为连通区域面积值s_i；

(3)计算连通区域e_i的外包圆的面积值s_ci，计算连通区域面积值s_i和外包圆的面积值s_ci的比值，得到该连通区域的圆形度特征g_i；

(4)计算连通区域的外包圆圆心坐标c_wi，外包圆半径r_ci，计算连通域所有轮廓点到外包圆圆心c_wi的距离；通过公式(3)和公式(4)，计算距离上限r_maxi和距离下限r_mini；计算距离外包圆圆心坐标c_wi的距离在距离上限r_maxi和距离下限r_mini之间的轮廓点数量占比，该占比为有效轮廓占比h_i；

r_maxi＝r_ci*1.2 (3)

r_mini＝r_ci*0.8 (4)

(5)将连通区域e_i径向展开得到径向展开图像z_i；花粉图像中，与中心距离相近的各个像素点之间的颜色差异较小，杂质图像中，与中心距离相近的各个像素点之间的颜色差异相对较大；将连通区域e_i进行径向展开，使用径向展开图像z_i水平方向的线段的方差值，来评估被展开连通区域e_i的颜色差异信息；展开图像的计算方式为，选定一个展开中心点，由内向外将各个圆周拉伸为径向展开图像z_i上的一个线段；z_i上坐标为(x_z,y_z)的像素点的像素值计算方式为，将其代入到公式(5)和公式(6)中，得到其在被展开的连通区域e_i的映射像素点的坐标(x_s,y_s)，取该映射像素点的像素值，作为展开图像坐标为(x_z,y_z)的像素点的像素值，坐标(x_s,y_s)为非整数时，使用双线性插值，取近似值作为映射像素点的像素值；

x_s＝x_z*cos(π*y_z/r_ci) (5)

y_s＝x_z*sin(π*y_z/r_ci) (6)

得到展开图像后，分别计算展开图像中端点为(r_ci/2,-r_ci)，(r_ci/2,r_ci)以及端点为(r_ci/3,-r_ci)，(r_ci/3,r_ci)两条线段的像素点的方差值；两条线段方差值的平均值为平均横线波动率j′_i；

(6)计算修正平均横向波动率j_i；连通区域e_i选取不同展开中心得到的平均横向波动率j′_i不同，通过迭代的方式修正展开；初始时以外包圆圆心坐标c_wi作为当前展开中心c_zi；分别计算当前展开中心c_zi及其四个连通点为展开中心，对应的平均横向波动率；将平均横向波动率最小的点作为修正后的当前展开中心c_zi；不断重复修正步骤，直到修正后的当前展开中心c_zi对应的平均横线波动率，小于其四连通方向上的四个连通点对应的平均横向波动率，完成当前展开中心的修正；完成修正后，当前展开中心c_zi对应的平均横向波动率，记为连通区域的平均横向波动率特征j_i；

(7)对于每一个连通区域e_i，根据特征向量k_i＝(f_i,s_i,g_i,h_i,j_i)综合判断是否为花粉图像；如果外包矩形长宽比f_i2，连通区域面积值100s_i1300，圆形度特征g_i0.62，有效轮廓占比h_i0.6，修正平均横向波动率j_i200，则判定该连通区域为花粉图像；

(8)将所有判定为花粉图像的连通区域e_i的外包矩形在原始图像中进行标注；判定为花粉图像的连通区域e_i的数量为检测的花粉数量。