[实用新型]精子、微生物动(静)态图象检测与病案图象可视化及其管理装置

说明书

本实用新型涉及在医药卫生，畜牧业的人工繁殖领域对精子及微生物的动(静)态图象分析，属医疗仪器设备领域。

目前对精子，微生物的动(静)态图象分析有两种方法，一种是利用微机及其相应软件，加上显微摄象，进行采样分析处理，其缺点是检测速度慢，图形显示差，精度低。另一种是不用显微摄象，而用复杂的光学系统，其特点是运行速度快，技术指标较高，但设备价格昂贵。

本实用新型的目的是提供一种检测速度快，精度高，且有对病案进行存贮再现与管理功能的精子、微生物动(静)态图象分析装置。

本实用新型精子、微生物动(静)态图象分析装置由显微摄象系统，图象采集系统，微机处理系统、图象永久贮存及病案管理系统，显示系统，恒温、防尘系统六部分组成。显微摄象系统由相差显微镜、高分辨率摄象头组成。它的功能是将放在样品盒中的被检测样品拍摄下来，送入图象采集系统以备进行图象处理。图象采集系统是一个图象采集卡，利用它在微机控制下的抓拍功能，将显微摄象系统送来的随机图象信号进行识别，存入存贮单元以备微机进行数字处理。微机处理系统由微处理机组成，它控制图象采集卡的采样时间，采样数量，及对所采集的图象进行初步处理，数字化后送入图象采集卡的存贮单元，然后再从图象采集卡中取出图象信号进行关联运算，再后将其结果进行运动参数计算，并打印输出或图象显示，图象永久存贮及病案管理系统，由录象机，光盘驱动器，解压卡，声霸所组成，用来永久存贮检测的图象信号及重放病案的图象资料。显示系统由打印机和监视器组成，用来显示原始样品的动态情况及微机处理结果的图象及打印输出处理结果。恒温防尘系统，由有机玻璃制成的密封罩及空调式加热器组成，样品盒放置其内，可保证检测环境处于恒温常态，及不受外部大气的扰动，保证检测精度。本检测装置图象采集，信号处理，参数的计算等都由微机按程序进行，下面仅就精子的动态检测说明本检测装置的测量原理及精子检测的算法。

测量原理：利用微机控制下的图象采集卡所具有的抓拍功能，可以实现对显微镜下的精子运动图象的随机连续拍摄，所得到的图象序列被存贮在图象采集卡，然后对每一幅图象分别进行精子识别运算，提取出图象中精子的位置参数并加以记录；再根据这些不同图象中的位置参数，求出各位置参数之间的关联关系(即进行关联运算)，从而由这些关系求解出精子运动的轨迹；最后由这些轨迹计算出精子运动的各项参数。这便是精子自动检测的基本过程，将这一过程表示为框图的形式如图1。

精子检测的算法：

从图1中可知本装置对精子运动的检测主要包括以下四个部分，即图象的拍摄(获取)和存储，精子的识别，关联运算和运动参数计算。其基本的原理是通过一系列有序图象来描述实际精子的运动情况，如图2所示。

图2所示连续图象1-4表示了精子A和精子B的运动情况，从图1-4的迭加结果可以更清楚地看到这一点。

精子的识别：

从图2中可以看到，利用连续图象判断精子的运动情况，首先的关键应当是能否从图象中识别出精子A和精子B，这属于计算机模式识别问题。对这个问题的解决要涉及到图象的去噪声处理、图象的二值化(去背景)处理和图象中精子特征的提取和匹配(模式识别)等几个问题。其关系框图如图3所示。

局部背景的计算：

我们所要处理的是显微镜下的精子运动图象，由于精子的运动样本溶液中杂质的存在和实际光路中不均匀因素的影响，使得记录到的图象呈现出背景明暗不一致的现象。因此对所获取的整幅图象采用一个统一的阈值进行去背景处理就变得十分困难了，往往是某一个具体的阈值仅能够实现一部分图象背景的良好分离。

针对这一问题，我们采用了动态阈值的方法，对图象进行动态二值化处理。即根据局部图象内部的平均值，来计算我们所需的阈值，使得二值化阈值随局部灰度的变化而变化，这样就可以使整个的图象都能够实现精子与背景的良好分离。具体计算局部背景平均值的方法是：将现有的256×256图象分割成16×16或8×8象素的小块图象，对每一小块的图象计算其灰度的平均值U：

其中U_i(k，1)为第i块子图象块内第(k，1)象素的灰度值，U_i为第i块子图象的平均象素灰度值。根据U_i的大小，我们就可以确定对应第i块子图象块的二值化阈值大小。

二值化阈值的计算