《圖像處理方法和裝置》是長沙高新技術產業開發區愛威科技實業有限公司於2012年6月21日申請的專利，該專利的申請號為2012102077066，公布號為CN102707425A，授權公布日為2012年10月3日，發明人是丁建文、周豐良。
《圖像處理方法和裝置》裝置包括：顯微鏡裝置，用於獲取檢測標本放大後的第一圖像，其中，顯微鏡裝置的物鏡的倍率小於或等於20，物鏡的數值孔徑大於或等於0.6；圖像分析裝置，包括：圖像縮放單元，用於將顯微鏡裝置獲取的第一圖像縮小N倍得到第二圖像，其中，第二圖像的解析度為第一圖像的解析度的1/N；第一圖像處理單元，用於對第二圖像中能夠識別出的目標進行識別和分類計數，並對第二圖像中不能夠識別出的目標進行定位；第二圖像處理單元，用於根據第一圖像處理單元的定位在第一圖像相應的位置進行識別，解決了在目標篩選過程需要進行高低倍鏡轉換而導致的定位不準的問題，實現快速而準確的分析檢測標本。
2016年12月7日，《圖像處理方法和裝置》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《圖像處理方法和裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：圖像處理方法和裝置
- 公布號：CN102707425A
- 授權日：2012年10月3日
- 申請號：2012102077066
- 申請日：2012年6月21日
- 申請人：長沙高新技術產業開發區愛威科技實業有限公司
- 地址：湖南省長沙市長沙高新開發區火炬城M1組團4樓
- 發明人：丁建文、周豐良
- Int.Cl.：G02B21/36(2006.01)I、G06K9/00(2006.01)I
- 代理機構：北京康信智慧財產權代理有限責任公司
- 代理人：吳貴明、李志剛
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
生物顯微鏡是醫療衛生單位、高等院校、研究所用於微生物、細胞、細菌、組織培養、懸浮體、沉澱物等的觀察儀器，可連續觀察細胞、細菌等在培養液中繁殖分裂的過程等。在細胞學、寄生蟲學、腫瘤學、免疫學、遺傳工程學、工業微生物學、植物學等領域中套用廣泛。
一般動植物細胞的尺寸在10-100微米之間，較小的紅細胞小於6微米，血小板和真菌尺寸更小，有的會小於3微米。為了能夠清楚地觀察到血液、尿液和其它體液中的有形成分，顯微鏡需要有足夠的解析度。當觀察紅、白細胞和血小板等小目標時我們需要顯微鏡的解析度小於1微米。而觀察10微米以上大目標時，解析度需小於3微米。（註：顯微鏡的解析度是指能被顯微鏡清晰區分的兩個物點的最小間距的能力，當細胞大小為最小解析度的3倍時，能夠清晰分辨的像素點為7個，此時能觀察到的細胞內部像素點僅為1個。如圖1所示，若細胞小於最小解析度的3倍，則看不清細胞內部的任何結構了。）
用於細胞分析的生物顯微鏡常用物鏡分別有10倍、20倍和40倍3種，其對應的數值孔徑NA一般情況下分別為0.25，0.45和0.65，由此可計算出顯微鏡的解析度：d＝λ/NA。
其中λ為光源波長，NA為物鏡的數值孔徑。設光源的平均波長λ為0.6微米，則可得出不同物鏡下的解析度見下表一：
物鏡倍率 | 10 | 20 | 40 |
數值孔徑（NA） | 0.25 | 0.45 | 0.65 |
解析度（d=λ/NA） | 2.4微米 | 1.33微米 | 0.923微米 |
可見，為了能夠清晰地觀察到血小板、真菌等小目標（需要顯微鏡的解析度需小於1微米），需要配置數值孔徑在0.6以上物鏡，通常採用低倍鏡定位（如10倍鏡）、高倍鏡（如40倍鏡）跟蹤識別的方法來實現（具體參見專利201110315831.4），但是採用這種方法進行觀察的過程中，需要調節物鏡以進行高低倍轉換，動作繁瑣，很容易產生機械誤差，使高低倍定位發生偏差，導致定位不準，此外，由於樣品流動可能造成低倍定位的目標轉到高倍觀察時位置發生了變化，甚至偏離了觀察視野造成漏檢。
截至2012年6月，針對相關技術中在目標篩選過程需要進行高低倍鏡轉換而導致的定位不準的問題，尚未提出有效的解決方案。
發明內容
專利目的
《圖像處理方法和裝置》提供了一種圖像處理方法和裝置，以解決相關技術中在目標篩選過程需要進行高低倍鏡轉換而導致的定位不準的問題。
根據該發明的一個方面，提供了一種圖像處理裝置。
技術方案
《圖像處理方法和裝置》裝置包括：顯微鏡裝置，用於獲取檢測標本放大後的第一圖像，其中，顯微鏡裝置的物鏡的倍率小於或等於20，物鏡的數值孔徑大於或等於0.6；圖像分析裝置，包括：圖像縮放單元，與顯微鏡裝置連線，用於將顯微鏡裝置獲取的第一圖像縮小N倍得到第二圖像，其中，N為整數，第二圖像的解析度為第一圖像的解析度的1/N；第一圖像處理單元，用於對第二圖像中能夠識別出的目標進行識別和分類計數，並對第二圖像中不能夠識別出的目標進行定位；第二圖像處理單元，與第一圖像處理單元連線，用於對第一圖像中與第二圖像中的定位位置相應的位置進行識別。
優選地，圖像分析裝置還包括：存儲器，用於存儲第一圖像和第二圖像。
優選地，顯微鏡裝置包括：顯微鏡機架，具有豎直向下的通孔；適配接口，設定在顯微鏡機架的通孔中，適配接口上端具有止擋凸緣；CCD攝像機，固定設定在適配接口的上端面；物鏡，物鏡有一個，固定設定在適配接口的下端面，且向遠離適配接口的方向延伸；載物台組件，位於物鏡的下方，且載物台組件與物鏡相對應地設定；聚光鏡，聚光鏡與載物台組件相對應地設定；CCD攝像機的焦點、物鏡的中心以及聚光鏡的中心位於同一豎直線上。
優選地，載物台組件包括固定部件和滑動部件，其中，固定部件與顯微鏡機架固定連線，滑動部件沿水平方向可滑動地設定在固定部件上；物鏡沿垂直方向可上下移動地設定。
優選地，聚光鏡沿豎直方向可移動地設定於載物台組件的下方。
優選地，該裝置還包括：顯微鏡傳動控制裝置，用於控制上述載物台組件、上述物鏡及上述聚光鏡的移動。
優選地，CCD攝像機的解析度大於或等於200萬像素。
根據《圖像處理方法和裝置》的另一方面，提供了一種圖像處理方法，該方法包括：通過顯微鏡裝置的CCD攝像機獲取檢測標本放大後的第一圖像，其中，顯微鏡裝置的物鏡的倍率小於或等於20，物鏡的數值孔徑大於或等於0.6；將獲取到的第一圖像縮小N倍得到第二圖像，N為整數，其中，第二圖像的解析度為第一圖像的解析度的1/N；對第二圖像中能夠識別出的目標進行識別和分類計數，並對第二圖像中不能夠識別出的目標進行定位；對第一圖像中與第二圖像中的定位位置相應的位置進行識別。
優選地，通過顯微鏡裝置的CCD攝像機獲取第一圖像。
優選地，上述方法還包括：對第一圖像和第二圖像進行保存。
改善效果
通過《圖像處理方法和裝置》，首先採用物鏡的倍率小於或等於20且數值孔徑大於或等於0.6的顯微鏡裝置採集高解析度的大圖，將採集到的大圖縮小成較小解析度的小圖，並保存。在圖像分析過程中，先分析小圖，對能夠識別的目標進行快速識別和分類計數，對不能識別的目標進行定位，再根據定位結果在大圖中找到相應的位置進行局部識別，進而達到提高圖像的識別速度。此外，由於小圖是大圖進行電子縮放得到的，因此，在只需使用單一的物鏡即可完成上述的操作，無需調節物鏡進行高低倍轉換，解決了在目標篩選過程需要進行高低倍鏡轉換而導致的定位不準的問題，實現快速而準確的分析檢測標本。
附圖說明
圖1是根據相關技術中的細胞內部像素點的一種優選的示意圖；
圖2是根據《圖像處理方法和裝置》實施例的圖像處理裝置的一種優選的結構圖；
圖3是根據該發明實施例的圖像處理裝置的顯微鏡裝置的主視圖；
圖4是根據圖3的顯微鏡裝置的右視圖；
圖5是根據該發明實施例的圖像處理方法的一種優選的流程圖。
技術領域
《圖像處理方法和裝置》涉及醫用器械領域，具體而言，涉及一種圖像處理方法和裝置。
權利要求
1.一種圖像處理裝置，其特徵在於，包括：顯微鏡裝置，用於獲取檢測標本放大後的第一圖像，其中，所述顯微鏡裝置的物鏡的倍率小於或等於20，所述物鏡的數值孔徑大於或等於0.6；
圖像分析裝置，包括：圖像縮放單元，與所述顯微鏡裝置連線，用於將所述顯微鏡裝置獲取的所述第一圖像縮小N倍得到第二圖像，其中，N為整數，所述第二圖像的解析度為所述第一圖像的解析度的1/N；第一圖像處理單元，用於對所述第二圖像中能夠識別出的目標進行識別和分類計數，並對所述第二圖像中不能夠識別出的目標進行定位；第二圖像處理單元，與所述第一圖像處理單元連線，用於對所述第一圖像中與所述第二圖像中的定位位置相應的位置進行識別。2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述圖像分析裝置還包括：存儲器，用於存儲所述第一圖像和所述第二圖像。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述顯微鏡裝置包括：顯微鏡機架，具有豎直向下的通孔；適配接口，設定在所述顯微鏡機架的所述通孔中，所述適配接口上端具有止擋凸緣；CCD攝像機，固定設定在所述適配接口的上端面；物鏡，所述物鏡有一個，固定設定在所述適配接口的下端面，且向遠離所述適配接口的方向延伸；載物台組件，位於所述物鏡的下方，且所述載物台組件與所述物鏡相對應地設定；聚光鏡，所述聚光鏡與所述載物台組件相對應地設定；所述CCD攝像機的焦點、所述物鏡的中心以及所述聚光鏡的中心位於同一豎直線上。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述載物台組件包括固定部件和滑動部件，其中，所述固定部件與所述顯微鏡機架固定連線，所述滑動部件沿水平方向可滑動地設定在所述固定部件上；所述物鏡沿垂直方向可上下移動地設定。
5.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述聚光鏡沿豎直方向可移動地設定於所述載物台組件的下方。
6.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，還包括：顯微鏡傳動控制裝置，用於控制所述載物台組件、所述物鏡及所述聚光鏡的移動。
7.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述CCD攝像機的解析度大於或等於200萬像素。
8.一種圖像處理方法，其特徵在於，包括：通過顯微鏡裝置獲取檢測標本放大後的第一圖像，其中，所述顯微鏡裝置的物鏡的倍率小於或等於20，所述物鏡的數值孔徑大於或等於0.6；將獲取到的所述第一圖像縮小N倍得到第二圖像，N為整數，其中，所述第二圖像的解析度為所述第一圖像的解析度的1/N；對所述第二圖像中能夠識別出的目標進行識別和分類計數，並對所述第二圖像中不能夠識別出的目標進行定位；對所述第一圖像中與所述第二圖像中的定位位置相應的位置進行識別。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，通過所述顯微鏡裝置的CCD攝像機獲取所述第一圖像。
10.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括：對所述第一圖像和所述第二圖像進行保存。
實施方式
實施例1
《圖像處理方法和裝置》提供了一種圖像處理裝置，圖2示出該裝置的一種優選的結構圖，該圖像處理裝置包括：顯微鏡裝置10，用於獲取檢測標本放大後的第一圖像，其中，顯微鏡裝置10的物鏡的倍率小於或等於20，物鏡的數值孔徑大於或等於0.6；圖像分析裝置20，圖像分析裝置20包括：圖像縮放單元202，與顯微鏡裝置10連線，用於將顯微鏡裝置獲取的第一圖像縮小N倍得到第二圖像，其中，N為整數，第二圖像的解析度為第一圖像的解析度的1/N；第一圖像處理單元204，用於對第二圖像中能夠識別出的目標進行識別和分類計數，並對第二圖像中不能夠識別出的目標進行定位；第二圖像處理單元206，與第一圖像處理單元連線，用於對第一圖像中與第二圖像中的定位位置相應的位置進行識別。優選的，圖像分析裝置20還包括：存儲器，用於存儲第一圖像和第二圖像。
在上述優選的實施方式中，首先採用物鏡的倍率小於或等於20且數值孔徑大於或等於0.6的顯微鏡裝置採集高解析度的大圖，將採集到的大圖縮小成較小解析度的小圖，並保存。在圖像分析過程中，先分析小圖，對能夠識別的目標進行快速識別和分類計數，對不能識別的目標進行定位，再根據定位結果在大圖中找到相應的位置進行局部識別，進而達到提高圖像的識別速度。此外，由於小圖是大圖進行電子縮放得到的，因此，在只需使用單一的物鏡即可完成上述的操作，無需調節物鏡進行高低倍轉換，解決了在目標篩選過程需要進行高低倍鏡轉換而導致的定位不準的問題，實現快速而準確的分析檢測標本。
下面結合示例進行具體說明：
在進行標本檢測過程中，先通過顯微鏡裝置採集標本，優選的，採用倍率較低、大數值孔徑（為了能看清血小板、真菌等小目標，需要數值孔徑為0.6或以上）的物鏡配合高解析度的CCD攝像機來採集標本圖像，這種結構的顯微鏡裝置採集的圖像既保持了低倍物鏡的大視野範圍，又保留了較高的清晰度。優選的，《圖像處理方法和裝置》選用的物鏡為20倍率的物鏡。通過高解析度的CCD攝像機採集大圖並保存，例如，1600*1200解析度的CCD攝像機來採集20倍物鏡的圖像，採用上述結構採集的大圖其清晰度可達到2012年6月前的在800*600解析度下採集40倍物鏡的圖像的清晰度；然後將採集到的大圖縮小為低解析度的小圖，優選的，將大圖縮小4倍，解析度為800*600的小圖，完成圖像縮放後，保存大圖和小圖。
在保存完大圖和小圖後，進行圖像分析，先對保存的小圖進行分析：首先快速篩選小圖中的目標，對小圖中能夠識別出的相對較大的目標進行自動識別和分類計數，同時判斷圖中是否存在不能識別的小目標。當圖中不存在小目標時，當前視野即處理完畢而不必轉入大圖中進行識別。當存在不能夠識別的小目標時即對其進行定位，然後根據小圖中的定位位置，在大圖中的相應位置進行局部識別，進而提高圖像的識別速度。
《圖像處理方法和裝置》還對上述的顯微鏡裝置10提供了一種優選的實施方式，具體來說，圖3為該顯微鏡裝置10的主視圖，圖4為該顯微鏡裝置10的右視圖，顯微鏡裝置10包括：顯微鏡機架102，具有豎直向下的通孔；適配接口104，設定在顯微鏡機架102的通孔中，適配接口104上端具有止擋凸緣；CCD攝像機106，固定設定在適配接口104的上端面，優選的，CCD攝像機106的解析度大於或等於200萬像素；物鏡108，物鏡108有一個，固定設定在適配接口104的下端面，且向遠離適配接口104的方向延伸；載物台組件110，位於物鏡108的下方，且載物台組件110與物鏡108相對應地設定；聚光鏡112，聚光鏡112與載物台組件110相對應地設定；CCD攝像機106的焦點、物鏡108的中心以及聚光鏡112的中心位於同一豎直線上。
《圖像處理方法和裝置》還提供了一種載物台組件110、物鏡108及聚光鏡112的優選的方案，具體地，載物台組件110包括固定部件和滑動部件，其中，固定部件與顯微鏡機架102固定連線，滑動部件沿水平方向可滑動地設定在固定部件上，優選的，上述滑動部件沿水平方向可分別進行前後和左右滑動；物鏡108沿垂直方向可上下移動地設定聚光鏡112沿豎直方向可移動地設定於載物台組件的下方，在圖3中的箭頭方向為載物台組件110的滑動方向；圖4中上方的豎直箭頭方向為物鏡108的滑動方向，下方豎直箭頭方向為聚光鏡112的移動方向，水平箭頭方向為載物台組件110的滑動方向。
《圖像處理方法和裝置》還對上述顯微鏡裝置10進行了優選，作為一種優選的方案，該裝置還包括顯微鏡傳動控制裝置，用於控制上述載物台組件110、上述物鏡108及上述聚光鏡112的移動。具體來說，顯微鏡傳動控制裝置分別與載物台組件110的水平運動結構、物鏡108的上下運動結構以及聚光鏡112的上下運動結構相連，以達到控制上述載物台組件110、上述物鏡108及上述聚光鏡112的移動的效果。優選的，該發明中顯微鏡傳動控制裝置控制載物台前後、左右移動精度＜3微米，控制物鏡的上下移動的精度＜0.5微米。
上述顯微鏡裝置的優選的實施方式，對穩定顯微鏡的焦距將更加有利，具體來說，2012年6月前的顯微鏡裝置的多物鏡結構，當轉換物鏡時，由於鏡頭是移動的，其必定存在一定的間隙，這勢必對焦距的穩定性產生影響；其次，以前的結構中載物台組件需要進行三維運動，由於載物台組件較重，它在升降方向又不是固定的，當其前後或左右移動時可能影響到載物台升降機構造成焦距的變化，而上述結構的載物台組件的升降是固定的，其水平方向的移動並不會影響其焦距的變化，當水平方向改變視野位置時，其焦距將更加穩定。
實施例2
在上述圖像處理裝置的基礎上，《圖像處理方法和裝置》還提供了一種圖像處理方法，圖5示出圖像處理方法的一種優選的流程圖，該方法包括如下步驟：
S502，通過顯微鏡裝置獲取檢測標本放大後的第一圖像，其中，顯微鏡裝置的物鏡的倍率小於或等於20，物鏡的數值孔徑大於或等於0.6；優選的，通過顯微鏡裝置的CCD攝像機獲取第一圖像，CCD攝像機的解析度大於或等於200萬像素。
S504，將獲取到的第一圖像縮小N倍得到第二圖像，N為整數，其中，第二圖像的解析度為第一圖像的解析度的1/N；優選的，對第一圖像和第二圖像進行保存。
S506，對第二圖像中能夠識別出的目標進行識別和分類計數，並對第二圖像中不能夠識別出的目標進行定位；
S508，對第一圖像中與第二圖像中的定位位置相應的位置進行識別。
在上述優選的實施方式中，首先採用物鏡的倍率小於或等於20且數值孔徑大於或等於0.6的顯微鏡裝置採集高解析度的大圖，將採集到的大圖縮小成較小解析度的小圖，並保存。在圖像分析過程中，先分析小圖，快速篩選小圖中的目標，對能夠識別的大目標進行快速自動識別和分類計數，同時判斷圖中是否存在不能識別的小目標。當圖中不存在小目標時，當前視野即處理完畢而不必轉入大圖中進行識別。當存在不能識別的小目標時對即其進行定位，再根據定位結果在大圖中找到相應的位置進行局部識別，進而達到提高圖像的識別速度。此外，由於小圖是大圖進行電子縮放得到的，因此，在只需使用單一的物鏡即可完成上述的操作，無需調節物鏡進行高低倍轉換，解決了在目標篩選過程需要進行高低倍鏡轉換而導致的定位不準的問題，實現快速而準確的分析檢測標本。
下面結合示例進行具體說明：
在進行標本檢測過程中，先通過顯微鏡裝置採集標本，優選的，採用倍率較低、大數值孔徑（為了能看清血小板、真菌等小目標，需要數值孔徑為0.6或以上）的物鏡配合高解析度的CCD攝像機來採集標本圖像，優選的，CCD攝像機的解析度大於或等於200萬像素。這種結構的顯微鏡裝置採集的圖像既保持了低倍物鏡的大視野範圍，又保留了較高的清晰度。優選的，《圖像處理方法和裝置》選用的物鏡為20倍率的物鏡。通過高解析度的CCD攝像機採集大圖並保存，例如，1600*1200解析度的CCD攝像機來採集20倍物鏡的圖像，採用上述結構採集的大圖其清晰度可達到2012年6月前的在800*600解析度下採集40倍物鏡的圖像的清晰度；然後將採集到的大圖縮小為低解析度的小圖，優選的，將大圖縮小4倍，解析度為800*600的小圖，完成圖像縮放後，保存大圖和小圖。
在保存完大圖和小圖後，進行圖像分析，先對保存的小圖進行分析：首先快速篩選小圖中的目標，對小圖中能夠識別出的相對較大的目標進行快速自動識別和分類計數，同時判斷小圖中是否存在不能識別的小目標。當圖中不存在小目標時，當前視野即處理完畢而不必轉入大圖中進行識別。當存在小圖中不能夠識別的較小的目標時即對其進行定位；然後根據小圖中的定位位置，在大圖中的相應位置進行局部識別，進而達到提高圖像的識別速度。
從以上的描述中，可以看出，《圖像處理方法和裝置》實現了如下技術效果：
採用上述方法，用縮小的圖像進行過篩和小目標的定位可保證圖像識別的快速，定位後的小目標直接轉入原圖中相應位置可得到相應目標的清晰大圖便於實現準確識別，同時由於小圖是由原大圖按比例縮小得來，避免了傳統分析方法中通過高低倍鏡分別定位采圖所帶來的定位不準和細胞移位問題，可徹底杜絕老方法中低倍有目標而高倍采空圖的現象，從源頭上杜絕了漏檢的產生。
在結構上減少了物鏡的轉換機構，物鏡是固定的，聚焦將更加穩定；由於只有一個鏡頭，聚光鏡與光圈的位置也不需要調整，整個顯微鏡的調節機構由原來的5軸可減少為3軸，當把載物台調平後載物台的升降調節也可取消，原來的5軸自動調節可進一步減少為2軸調節，調節機構的減少不僅使控制成本降低，同時使顯微鏡的穩定性提高。
榮譽表彰
2016年12月7日，《圖像處理方法和裝置》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
