荧光图像增强去噪的自适应顶帽变换算法.pdf

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时间:2020-03-27

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1、l学术探讨田像处理2013隼第4胡荧光图像增强去噪的自适应顶帽变换算法于岩成敏(四川大学计算机学院,四川I成都610064)[摘要]在用荧光显微镜观察细胞时,由于观测细胞的清洗不彻底、光照不均匀等原因,荧光图像往往会出现一些极小的颗粒,导致一些雾状的噪声出现,并且图像对比度不高,从而影响观测效果。针对这些问题,首先,利用数学形态学中的顶帽变换,增加图像的对比度;其次,改进和优化变换中的结构元素,通过对结构元素大小的选择,提出了一种自适应的荧光图像去噪算法。实验结果说明提出的算法是有效的。[关键词]荧光图像;增强;去噪;自适应;顶帽变换;结构元素1.引言荧光显微镜在医学中已经得

2、到广泛应用,针对荧光图像所拍摄的荧光图像的处理已经逐渐成为人们研究的课题。针对显微镜中激光光谱不均匀的问题,可以对荧光显微镜硬件进行改造【lt21,但是显微镜的改造过程繁琐,不能得到很好的应用。生物荧光图像的背景比较复杂,不同区域的信噪比差距很大,针对荧光图像的局部特征,Sternbreg[3】提出了一种“rollingball”的算法来去除生物图形背景,但是对于不同形状和大小的信号,存在一些缺陷;在均匀颜色空间中,像素生长算法通过设定像素个数阈值达到消除噪声区域的目的【4】,但是这个像素个数是人为确定的,存在较大变数;ISODATA算法中,通过多幅图像平均的办法来提高信噪比

3、【51。相比以上算法,形态学有着自己的优势:方便灵活,并行快速,易于硬件实现,并对医学图像有不错的处理效果。因此本文采用形态学的思想,通过局部自适应的方法来对其进行去噪。形态学作为一门建立在数学基础上的图像处理与分析学科,已经被慢慢用于医学图像处理当中。形态学着重研究图像的几何结构,它的基本思想是利用一个具有一定几何形状的结构元素来探测整个图像,通过不同形状和大小的结构元素来检验其对图像是否有效16]。顶帽变换作为形态学的一个经典的方法,它能够提取图像中局部较亮的部分,而且能够增加图像的对比度,对于一些对比度不高的医学图像,顶帽变换非常合适。由于传统形态学自身的原因,例如:在

4、传统形态学运算中,采用的结构元素,包括其形状、大小,以及结构元素中的数值的判断,往往是通过经验来得到的。因此将其用于图像去噪效果不是很稳定。鉴于以上特点,本文提出了一种改进的顶帽变换的自适应去噪算法来处理荧光图像。2.荧光图像荧光镜检测技术是用短波长的光线照射被荧光素染色的被检测物体,使之受激发后而产生长波长的荧光,然后观作者简介:于岩,男,河南人。硕士,研究方向:计算机视觉。-·——42·-——察。可以在一个细胞中标记多种蛋白质,用短波长光线照射后,会使所有被标记的不同的蛋白质产生不同颜色,从而得到一副彩色细胞蛋白质图像。观察时,显微镜会把彩色图像分解成不同的单色图像(单色

5、图像的色彩是被标记的蛋白质所产生的颜色,不同的荧光素对不同的蛋白标记所产生的颜色是不同的)分别进行观察。本文将对宫颈上皮细胞中的三种蛋白质的荧光图像进行分析。图l(a)为宫颈上皮细胞所标记的三种蛋白质的彩色图像。图l(b),图l(c),图l(d)分别为显微镜对图l(a1分解后的三种被标记的蛋白质的图像。以图l(b)为例,可以看出,图像中出现了红雾状的噪声,而且图像的对比度不高,影响了观测效果。造成这种噪声的原因主要是由于对细胞的清洗不均匀,光照强度不均,细胞膜在操作过程中受损破裂,细胞自身的蛋白质粘连等。而这些因素又是操作过程中所不可避免的,医生需要得到的是蛋白质部分的信息,

6、为了突出医生所需要的图像信息,就需要对图像进行去噪和增强处理。【aM嗣前图像(b)分觎后图像R(c)分螭后图像G润盼螭后图像B图1不同蛋白质的荧光图像对比3.顶帽变换形态学的基本运算包括腐蚀、膨胀、开运算和闭运算。其基本思想是用一个结构元素SE对图像进行检验,验证此结构元素是否能对图像进行填充。3.1腐蚀和膨胀设结构元素为SE,大小为m*n。图像f大小为W*H。则腐蚀运算为:feSE=Min{f-i-j—SE(i,j)}被腐蚀后的图像整体色调变暗。膨胀运算为:foSE=Max{fi..+SE(i,J)}被膨胀后的图像整体色调变亮。3.2开运算和闭运算开运算:用同一个结构元素对

7、图像进行先腐蚀后膨胀的操作。f。SE=(f@SE)oSE开运算可以去掉比结构元素小的峰,运算后的图像像素的灰度值小于或等于原灰度值。闭运算:用同一个结构元素对图像进行先膨胀后腐蚀的操作。f·SE=(f.。SE)oSE闭运算可以填充比结构元素小的谷,运算后的图像像素的灰度值大于或等jf二原灰度值。3.3顶帽变换(Top—hat)用原图像减去开运算后的图像的方法就是顶帽变换。f一(foSE)顶帽变换后的图像留下了原图中的波峰部分,增强了图像的对比度。针对荧光图像中出现的对比度较低的问题,顶帽变换能很好地解决

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