彩色圖像分割介紹.doc

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1、第一章緒論計(jì)算機(jī)圖像處理在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，白細(xì)胞圖像的自動(dòng)判斷就是其中的代表之一。它能有效地減少主觀干擾，提高工作效率，減輕醫(yī)生負(fù)擔(dān)。近些年來(lái)，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和光譜成像技術(shù)的飛速發(fā)展，使得成功研制開(kāi)發(fā)出小型實(shí)用的基于多光譜的白細(xì)胞圖像自動(dòng)分類識(shí)別系統(tǒng)成為可能。本文研究的主要目的在于對(duì)白細(xì)胞多光譜圖像分割進(jìn)行初步的探索研究，為系統(tǒng)中其后的白細(xì)胞能夠準(zhǔn)確地分類識(shí)別奠定基礎(chǔ)。本章簡(jiǎn)要闡述了基于多光譜的白細(xì)胞圖像分割的應(yīng)用背景和研究意義，回顧了國(guó)內(nèi)外細(xì)胞圖像分割和多光譜遙感圖像分類的研究發(fā)展?fàn)顩r，并簡(jiǎn)要介紹了本論文的主要工作?！?.1概述§1.1.1白細(xì)胞檢驗(yàn)白細(xì)胞的光學(xué)顯微鏡檢查是醫(yī)院臨床

2、檢驗(yàn)項(xiàng)目之一，特別是對(duì)各種血液病的診斷占有極其重要的地位。它的任務(wù)是觀察或測(cè)定血液中的各種白細(xì)胞的總數(shù)、相對(duì)比值、形態(tài)等，用于判斷有無(wú)疾病、疾病種類以及嚴(yán)重程度等，特別是對(duì)類似白血病這類血液病診斷具有更加重要的意義。白細(xì)胞分類計(jì)數(shù)的傳統(tǒng)方法是將血液制成涂片，染色后，臨床醫(yī)生在顯微鏡下用肉眼按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如核的形狀、細(xì)胞漿的量和顏色，細(xì)胞漿顆粒的大小和顏色，整個(gè)細(xì)胞形狀、稀薄與細(xì)胞間的接觸等，來(lái)觀察和檢查這樣的細(xì)胞標(biāo)本[1]。然而這項(xiàng)工作十分繁重，工作效率低，容易誤判，且人工識(shí)別誤差隨檢查人員而異。同時(shí)通過(guò)觀察的細(xì)胞數(shù)目較少，從統(tǒng)計(jì)的角度看，因樣本集較小而影響診斷結(jié)果的可靠性。計(jì)算機(jī)圖像處理與分

3、析技術(shù)伴隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步在最近20年間得到了飛速的發(fā)展，已經(jīng)迅速滲透到人類生活和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面，這為智能化細(xì)胞分析儀代替人工方法提供了基礎(chǔ)。因此，借助于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合臨床醫(yī)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理，從而對(duì)細(xì)胞進(jìn)行識(shí)別，對(duì)于醫(yī)學(xué)科研與實(shí)踐，以及臨床診斷方面有著現(xiàn)實(shí)意義和非常廣闊的前景。目前已經(jīng)制成的自動(dòng)白細(xì)胞分析儀主要有兩種類型：一類是用組織化學(xué)染色法，通過(guò)連續(xù)流動(dòng)的系統(tǒng)，以光電效應(yīng)的方式分別數(shù)出單一細(xì)胞，并可同時(shí)報(bào)告白細(xì)胞總數(shù)、各類細(xì)胞的百分率和絕對(duì)值。因?yàn)樵摲ú皇怯杉?xì)胞形態(tài)學(xué)特點(diǎn)識(shí)別各類白細(xì)胞，所以不能目視觀察白細(xì)胞形態(tài)，亦不能保留樣本，對(duì)感染中毒細(xì)胞無(wú)法識(shí)

4、別。另一類是原型認(rèn)定型，其工作原理模仿人“腦眼系統(tǒng)”[2]的智能識(shí)別過(guò)程，運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)，將從顯微鏡與相機(jī)或攝像機(jī)得到的數(shù)字化圖像進(jìn)行自動(dòng)處理分析和分類。與前一種類型的白細(xì)胞分類儀器相比，其主要優(yōu)勢(shì)在于：（1）能獲得豐富的關(guān)于細(xì)胞形態(tài)、色彩、紋理等方面的多種信息，可綜合運(yùn)用圖像處理及模式識(shí)別技術(shù)進(jìn)行細(xì)胞分類，可取得高效準(zhǔn)確的識(shí)別效果；（2）由于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，保留了第一手資料，便于診斷的回顧和疑難病癥的會(huì)診，使系統(tǒng)在臨床基礎(chǔ)研究、病理資料積累等方面具有很大的潛力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，第二類方法近些年得到了較大發(fā)展。此類方法是目前的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。§1.1.2細(xì)胞圖像分割概

5、述輸入圖像圖像分割特征提取特征選擇分類識(shí)別圖1.1圖像識(shí)別流程細(xì)胞自動(dòng)識(shí)別和統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)主要方法是對(duì)原始圖像進(jìn)行分割，以提取單個(gè)細(xì)胞，然后對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行分析處理和分類識(shí)別。圖像分析識(shí)別的一般過(guò)程如圖1.1所示：細(xì)胞圖像的分割是細(xì)胞自動(dòng)識(shí)別計(jì)算機(jī)分析的第一步和關(guān)鍵性問(wèn)題，其分割質(zhì)量亦即與細(xì)胞的吻合程度，將直接影響到特征參數(shù)提取的準(zhǔn)確性和分類系統(tǒng)的最終識(shí)別率。傳統(tǒng)細(xì)胞圖像的分割，就是將血液中的白細(xì)胞自動(dòng)檢出，并在除去圖像中各種噪聲干擾的基礎(chǔ)上，將單個(gè)白細(xì)胞圖像劃分成背景、細(xì)胞漿、細(xì)胞核三個(gè)區(qū)域。白細(xì)胞圖像的分割包括兩個(gè)方面的任務(wù)：（1）從一幅血液圖像背景中自動(dòng)檢測(cè)出待分類識(shí)別的單個(gè)白細(xì)胞區(qū)域；（2）為

6、了計(jì)算細(xì)胞的特征參數(shù)，應(yīng)將檢出后的白細(xì)胞中的背景部分清除，并將細(xì)胞核與細(xì)胞漿分為不同的區(qū)域。§1.1.3白細(xì)胞的分類及特點(diǎn)白細(xì)胞是人體血液的重要組成部分，由核和原形質(zhì)（細(xì)胞漿）兩部分組成，為無(wú)色、球狀有核細(xì)胞，根據(jù)包含在核與原形質(zhì)中的顆粒不同，分成顆粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞。顆粒細(xì)胞又根據(jù)顆粒的性質(zhì)不同分為嗜中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞。中性粒細(xì)胞根據(jù)核形狀又可分為中性桿狀核粒細(xì)胞和中性分葉核粒細(xì)胞。觀察白細(xì)胞圖像，可以發(fā)現(xiàn)該類圖像具有下述特點(diǎn)：（1）顯微細(xì)胞圖像反差小，有些圖像由于各種因素產(chǎn)生的噪聲多，圖像背景不均勻。另外，由于人工涂片和染色的非標(biāo)準(zhǔn)性，常常出現(xiàn)因染色劑過(guò)濃或染色

7、時(shí)間過(guò)久，致使細(xì)胞結(jié)構(gòu)模糊不清；（2）在一個(gè)細(xì)胞圖像采樣視野內(nèi)，除了出現(xiàn)1～2個(gè)白細(xì)胞外，周圍存在一些次要的區(qū)域，如大量的成熟紅細(xì)胞和少量凝血細(xì)胞（血小板）等。紅細(xì)胞無(wú)核且呈圓盤(pán)狀，細(xì)胞中央稍淡，直徑約為7.5μm，紅細(xì)胞的分布密度約是白細(xì)胞密度的800倍，凝血細(xì)胞的胞體小，呈星狀，約為紅細(xì)胞的1/4～2/3，凝血細(xì)胞具有粘附性且常成堆出現(xiàn)在圖像中。以下是經(jīng)過(guò)Wright染色后各類細(xì)胞的顯微圖像：