鐘彩 潘梅森 彭春富 胡常樂(lè)
摘要:針對(duì)改進(jìn)Hough圓變換在尿液圖像中紅細(xì)胞定位分割中的應(yīng)用,首先闡述Hough圓變換原理,明確該處理方法的優(yōu)勢(shì)與作用,其次介紹尿液圖像紅細(xì)胞,最后從定位分割方法、改進(jìn)Hough圓變換檢測(cè)兩個(gè)方面著手,分析Hough圓變換的運(yùn)用,提高尿液圖像中紅細(xì)胞定位分割準(zhǔn)確性,為尿常規(guī)檢查提供先進(jìn)圖像處理技術(shù)。
關(guān)鍵詞:Hough圓變換;尿液圖像;紅細(xì)胞;定位分割
中圖分類號(hào):TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1009-3044(2020)14-0232-02
霍夫變換(Hougll transform)處理技術(shù)在圖像處理中有非常廣泛的應(yīng)用,可以有效識(shí)別幾何形狀,并且不會(huì)受到圖形旋轉(zhuǎn)限制,實(shí)現(xiàn)幾何圖形的快速定位。當(dāng)前Hough圓變換在醫(yī)院尿常規(guī)檢查中應(yīng)用十分普遍,尿常規(guī)分析環(huán)節(jié)要求計(jì)數(shù)尿液沉渣數(shù)據(jù)務(wù)必精準(zhǔn),掌握準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)尿液沉渣可以明確血尿渠道,最終結(jié)果支持定量分析?,F(xiàn)如今我國(guó)多數(shù)醫(yī)院主要是采用顯微鏡與肉眼的方式計(jì)數(shù),難免會(huì)導(dǎo)致結(jié)果誤差,對(duì)Houg}1圓變換進(jìn)行改進(jìn),并且應(yīng)用在尿液圖像中紅細(xì)胞定位分割中,可以進(jìn)一步提高尿液檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性。
1Hough圓變換基本原理
Hough變換在應(yīng)用中主要是通過(guò)零件圖像全局特征實(shí)施零件圖像輪廓的檢測(cè),換言之,邊緣像素串連之后,可以構(gòu)建封閉邊界區(qū)域。Hough變換應(yīng)用初期只能夠在直線檢測(cè)中運(yùn)用,憑借其優(yōu)良的特征逐漸被拓展到圓形、雙曲線等其他形狀曲線檢測(cè)領(lǐng)域??偨Y(jié)Hough圓變換方程如下:
公式1代表參數(shù)空間(a,b,r)中圖像邊緣點(diǎn)(x,y)方程,形狀為三維錐面。針對(duì)圖像空間內(nèi)部的任意邊緣點(diǎn),將公式1轉(zhuǎn)換后參數(shù)空間內(nèi)存在與其對(duì)應(yīng)的三維錐面,圓周全部邊緣點(diǎn)經(jīng)過(guò)集合與變換之后,原本的三維錐面變?yōu)殄F面簇,全部錐面相交在參數(shù)空間的其中一點(diǎn),且該點(diǎn)和圖像空間內(nèi)共圓邊緣點(diǎn)所屬圓的圓心位置對(duì)應(yīng)。
2尿液顯微圖像中紅細(xì)胞特征
第一,對(duì)比尿液圖像,血液圖像中的紅細(xì)胞之間嚴(yán)重粘連,但尿液圖像則不存在這一問(wèn)題,所有紅細(xì)胞之間獨(dú)立;第二,尿液圖像紅細(xì)胞灰度有明顯變化嘲。血液圖像紅細(xì)胞的灰度改變不是非常顯著,灰度值較低,在圖像內(nèi)占比相對(duì)較大,灰度直方圖采取閾值這種方式可以有效分割。相比之下,尿液圖像內(nèi)紅細(xì)胞灰度值的變化比較明顯,圖像內(nèi)灰度值的占比較小,直方圖屬于單峰圖像,如果在直方圖中采取閾值分割無(wú)法有效完成;第三,在光照條件下尿液圖像紅細(xì)胞所屬區(qū)域邊緣特征比較顯著。所有紅細(xì)胞內(nèi)部存在大量同心圓周心即紅細(xì)胞中心。檢測(cè)同心圓的圓心便可以確定紅細(xì)胞所在位置。
3改進(jìn)Hough圓變換在尿液圖像中紅細(xì)胞定位分割中應(yīng)用
3.1定位分割方法
掌握尿液圖像中紅細(xì)胞特征之后,可以選擇邊緣檢測(cè)、細(xì)化、Hough變換的方式,對(duì)紅細(xì)胞圓心進(jìn)行檢測(cè),以此明確尿液圖像內(nèi)紅細(xì)胞所在位置。檢測(cè)步驟如下:第一,檢測(cè)紅細(xì)胞邊緣。將邊緣檢測(cè)算子作為尿液原圖像的檢測(cè)方法,可以得到紅細(xì)胞邊緣圖像,這種檢測(cè)方法中包括諸多算法,例如Sobel算子和Robeas算子;第二,圖像去噪與細(xì)化處理。單邊緣圖像經(jīng)過(guò)Hough變換處理,無(wú)法保證處理效率,可能還會(huì)有散落分布的點(diǎn)存在。所以Hough變換前必須要將其去除。選擇先驗(yàn)知識(shí)時(shí),如果其中一個(gè)邊緣特征點(diǎn)在相應(yīng)的鄰域范圍中其余邊緣特征點(diǎn)數(shù)與任意數(shù)值相比較少,那么該邊緣點(diǎn)便可以被認(rèn)定為噪聲點(diǎn),后續(xù)Hough圓變換處理階段不會(huì)作為邊緣點(diǎn)。原因在于尿液圖像內(nèi)紅細(xì)胞范圍的細(xì)節(jié)比較完善,并且紅細(xì)胞僅有可能在這種邊緣豐富防范圍內(nèi)存在,邊緣豐富的范圍內(nèi)所有點(diǎn)的鄰域邊緣特征點(diǎn)數(shù)必須大于任意特定值,所以憑借該先驗(yàn)知識(shí)便可以避免圓特征點(diǎn)不足的問(wèn)題。除此之外,建議采用細(xì)化算法減少Hough變換特征點(diǎn)數(shù)量,使Hough變換檢測(cè)工作能夠更加快速完成,同時(shí)保證最終的檢測(cè)效果;第三,紅細(xì)胞圓心檢測(cè)。尿液圖像中紅細(xì)胞多以同心圓的形態(tài)存在,利用Hough變換對(duì)紅細(xì)胞圓心進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)槟蛞簣D像中紅細(xì)胞的大小差異不明顯,因此通過(guò)紅細(xì)胞外圓半徑便可以得出尿液圖像紅細(xì)胞的具體信息。
3.2改進(jìn)Hough圓變換檢測(cè)
Hough變換這一概念最早是從1972年被發(fā)明,當(dāng)時(shí)是由Richard Duda、Peter Hart兩位專家提出,被稱為廣義霍夫變換(generalized Hough transform)。自此之后,在這一概念的基礎(chǔ)上,包括Hough變換在內(nèi)的更多改進(jìn)算法可以應(yīng)用,并且具有全局特點(diǎn),對(duì)于檢測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲敏感度較差嘲。一般圓檢測(cè)在尿液圖像中紅細(xì)胞的定位分割中應(yīng)用,需要獲取圓心與半徑的數(shù)據(jù)。
以往采用的Hough圓變換在實(shí)際應(yīng)用中存在一些不足,例如參數(shù)空間較大,檢測(cè)的效率不高低等。為了獲得準(zhǔn)確的尿液圖像紅細(xì)胞定位分割結(jié)果,通過(guò)圓的幾何特性改進(jìn)Hough圓變換,并且將其作為圖像圓心的檢測(cè)方法。具體檢測(cè)流程如下:如果A,B,C不在同一條直線,那么線段AB、BC中垂線OD、OE相交,交點(diǎn)是圓心0,線段OC(OB、0A1長(zhǎng)度即為該圓的半徑。換言之,任意三個(gè)點(diǎn),不在一條直線便可以作為成圓的條件,并且以此為前提確定圓。假設(shè)A,B,C三點(diǎn)不在同一條直線,且該三點(diǎn)的坐標(biāo)是A(xA,yA),B(xB,yB),C(xC,yC),那么在這一條件下可以確定線段AB與BC中點(diǎn)——D,E的坐標(biāo):D(xD,yD),E(xE,yE)。
OD和OE作為兩條中垂線,其交點(diǎn)0坐標(biāo)為(xO,yO),利用公式temp=(xB-xA)(yc-yB)(xc-xB)(yB+yc)②獲得。參數(shù)空間中采集圓心位置數(shù)據(jù),可以直接通過(guò)x、Y坐標(biāo)值得出。將任意3個(gè)特征點(diǎn)組合,通過(guò)公式計(jì)算可以得出圓心坐標(biāo),最后進(jìn)行映射累加處理。當(dāng)完全映射且依然有圓或者同心圓的存在,這時(shí)參數(shù)空間內(nèi)對(duì)應(yīng)的位置便會(huì)有極大值的產(chǎn)生,針對(duì)該極大值進(jìn)行檢測(cè),如果極大值超過(guò)任意閾值,便可獲得圓心。
改進(jìn)Hough圓變換在尿液圖像紅細(xì)胞定位分割中應(yīng)用,必須要注意以下兩點(diǎn):(1)所有特征點(diǎn)組合。第一,特征點(diǎn)組合內(nèi)涉及的3個(gè)點(diǎn)要保持一定距離。因?yàn)閳D像主要以數(shù)字化的方式是呈現(xiàn),如果點(diǎn)之間的距離過(guò)近,計(jì)算所得圓心坐標(biāo)無(wú)法保證準(zhǔn)確性,還會(huì)對(duì)后續(xù)的累加、極值檢測(cè)等造成影響。尿液圖像紅細(xì)胞所有的特征點(diǎn)務(wù)必保證集中性,如果特征點(diǎn)組合的點(diǎn)距離過(guò)遠(yuǎn),無(wú)法保證全部處于相同區(qū)域;(2)特征點(diǎn)映射累加處理。通過(guò)特征點(diǎn)確定圓心,與任意特征點(diǎn)的距離是圓的半徑。因此,該半徑長(zhǎng)度也較長(zhǎng)。后期映射處理環(huán)節(jié),工作人員要綜合考慮之后映射,當(dāng)半徑滿足集中范圍要求所有圓心坐標(biāo)需要累加,以此保證Hough圓變換處理效果。
3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果
上圖fA)是尿液顯微圖像中的紅細(xì)胞圖像,基本呈多同心圓,紅細(xì)胞所在區(qū)域細(xì)節(jié)豐富且邊緣特征清晰。所有紅細(xì)胞內(nèi)包含大量同心圓,且圓心為紅細(xì)胞中心。檢測(cè)之后便可確定紅細(xì)胞的位置信息,圖(B)和圖(c)是通過(guò)Hough變換定位分割得到的紅細(xì)胞圖像。
4結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,醫(yī)院的尿常規(guī)檢查中包括尿液圖像紅細(xì)胞的定位分割,為了保證處理準(zhǔn)確性,在Hough圓變換的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),既可以提高圖像識(shí)別效率,又能夠簡(jiǎn)化復(fù)雜參數(shù)空間圖形處理流程,這是尿常規(guī)檢查的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù),也是相關(guān)人員研究的主要方向。