标跟踪检测法尿液显微颗粒检测系统架构加样结构液路系统嵌入式控制系统显微镜模块系统软件尿液显微颗粒检测流程本章小结第三章基于区域双爬坡的清晰度跟踪算法细胞颗粒图像获取来源最佳清晰度评价方案选取概述图像清晰度评价原理绝对中心矩函数评价方法平方梯度函数评价方法拉普拉斯算子评价方法能量熵函数评价方法比较与小结基于区域双爬坡的清晰度曲线跟踪算法曲线跟踪的意义曲线跟踪算法研究实验与分析本章小结第四章基于自适应双向的局部阈值分割算法概述图像分割阈值法阈值法分割原理迭代法最大类间方差法最大熵法简单统计法基于自适应双向的局部阈值分割算法最大类间方差法改进最大信息熵法改进万方数据本章小结第五章基于腐蚀的自适应图像边缘检测算法概述图像边缘检测法边缘检测原理模板算子法算子法形态学边缘检测基于腐蚀的自适应图像边缘检测算法形态学处理改进与仿真本章小结第六章总结与展望参考文献附录攻读硕士学位期间撰写的论文致谢万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论第章绪论课题研究背景和意义尿检也称为尿液分析，是现代医学临床实验及诊断中应用广泛的种技术，已成为个人身体检查必不可少的指标之。传统的尿液检测方法利用化学试纸与尿液发生反应，根据呈现出的不同颜色，通过光电转换实现颜色识别，得出最终的检验结果，典型的尿检仪器有上个世纪五十年代末研制的干化学尿液分析仪。显然，这种检测结果并不可靠，因为化学试纸的染色程度不易控制和判断，且容易受光源的强弱的影响，故存在较大的误差。基于干化学尿液分析仪等检测系统的不足，上个世纪八十年代末起，尿液显微细胞颗粒检测研究得到了越来越多学者的关注，特别是在近几年，图像处理技术在尿液检测系统中的应用也越来越广泛，尿液形态学分析技术的发展也取得了定的成果。年，世界上第台尿险空间动态坐标跟踪检测法，结合了流式细胞计数法中的染色技术和显微镜图像形态检测的图像技术，根据空间动态坐标的数学模型，做到样本颗粒均匀分布，显微镜图像自动跟踪，弥补了误检和漏检的不足。接着描述了尿液显微颗粒检测系统的整体架构，并阐明各个模块的重要性以及相互之间的联系，例如系统软件好比人的“大脑”，负责指令的发送嵌入式控制系统好比人的“神经元”，负责接收和传送命令液路系统好比人的“血管”，承担整个液体的流动加样结构和显微镜模块则好比人的“四肢”或“器官”，其功能为执行命令，可见尿液显微颗粒检测需要套完整的检测系统。最后，根据系统架构和样本原液的走向等，绘制最重要的两部分检测流程液路与显微镜协作流程，检测控制和图像分析流程。通过对检测流程的介绍，突出显微细胞颗粒图像处理的重要性。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章基于区域双爬坡的清晰度跟踪算法第三章基于区域双爬坡的清晰度跟踪算法为了缓解观测显微镜时人眼的视觉疲劳，医学检验中常以显微图像为依据进行观察，而在尿液检验中，显微图像即细胞颗粒图像，因此，如何促使显微镜自动调节镜头焦距并快速找到最清晰的细胞层面成为了获取细胞颗粒图像的关键。本章首先介绍尿液检验中显微细胞颗粒图像的获取来源，从硬件模型角度出发，分析清晰度研究的重要性接着研究几种适用于显微颗粒图像的清晰度评价函数，实验仿真并比较各个方法的优缺点，给出最佳的清晰度评价方案，从而优化图像质量最后，结合最佳清晰度评价方案，从实际检验环境出发，分析现有显微颗粒图像清晰度跟踪算法的不足，从数据采集有效性和曲线跟踪算法时效性两方面展开讨论，提出种基于区域的双爬坡思想，对清晰度跟踪算法进行改进，通过实验与仿真实现最佳清晰度点的快速定位。细胞颗粒图像获取来源细胞颗粒图像，是医生诊断病人身体状况的种依据，也是种凭证。在尿液检验过程中，尿液样本中的细胞种类很多，且体积均很小，仅靠肉眼根本无法看清其结构形状等特征，也就无法判别细胞的种类。随着生物技术纳米技术的飞速发展，这类微小的细胞被呈现于人们眼前，样本检验结果的项目数也逐渐增多，定程度上扩大了临床医学应用范围。显微镜，是医学研究或临床诊断中时常用到的仪器，其操作简单方便，用于放大微小颗粒，且人们可选择不同的放大倍数，从而通过不同的视野角度进行观察，本文采用的便是常用的光学显微镜。尿液样本通常呈液状，其细胞可能分布于样本中的各个角落和各个层面，在微观世界中，些肉眼看似细小的变化却可能引起质的突变，故仅靠人为主动地去调节显微镜焦距，找到清晰可辨的细胞，需要定的时间和经验，且随着样本量的增加，这种调节方法很大程度上减慢了检验效率。正常的样本检验中，通常包含各式各样的细胞，例如人们所熟悉的红细胞和白细胞，在放大倍的显微镜下，它们均呈小颗粒状，无法进行区分和辨认，只有在放大倍的条件下，才能看清它们的轮廓和特征。当然，在较低的倍物镜下，仍然有人们所需要的信息，例如相对较大的管型细胞和上皮细胞等。在医疗器械内，人们通常将倍物镜称为低倍镜，将倍物镜称为高倍镜，也就是说，细胞颗粒图像可分为低倍镜细胞颗粒图像和高倍镜细胞万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章基于区域双爬坡的清晰度跟踪算法颗粒图像。图描述了整个尿液检验的系统硬件模型。图硬件系统模型硬件系统模型主要由上位机和下位机构成，其中上位机即指电脑，负责指挥下位机的操作并对返回的结果进行处理，而下位机由显微镜检验池载物台等构成，是完成检验所依赖的关键因素。显微镜，以垂直方向为轴心，通过旋转不同的角度，切换不同的物镜，本文中的物镜坐标称为坐标。载物台，用于放置样本，位于显微镜镜头与光学器件之间，通过其水平方向和垂直方的移动调节样本的位置和显微镜焦距，其中水平横轴方向称为方向，水平纵轴方向称为方向，垂直方向称为方向。上位机发送指令，调节，四个坐标值，从而保证样本在显微镜的视区范围之内且细胞清晰可辨。检测池也称为检验池，内嵌于载物台中，液态的样本通过管路系统流入检验池内，经过段时间沉降后，由于受重力影响，大多数细胞已分布于检验池底层，此时显微镜定时将图像返回给上位机，便得到了细胞颗粒图像。细胞其实是种立体的小颗粒，可图像是二维的，显微镜无法在同时间点捕捉到每个细胞，故沉降在定程度上能够保证图像中细胞的数量。然而，由于微观世界的敏感性，人们主观认为的底层并非真正的底层，往往几微米的误差便会影响细胞颗粒图像的清晰度，所谓焦距微调，正是这几微米误差的调节。自动调节焦距，即是指不依赖人的肉眼，而是依靠图像自身清晰度值便能找到最清晰细胞层面的方法，这种方法不但能够提高检验的效率，保证检验结果的有效性，还能节省人力，有利于实现检验自动化，是获取细胞颗粒图像的关键因素之，而合适的清晰度评价函数在此方法中占有重要地位。最佳清晰度评价方案选取图像的清晰度，是指人眼宏观看到的图像清晰程度，是由系统和设备的客观性能的综合结果造成的人们对最终图像的主观感觉。通常图像的纹理特征是否清晰，边缘信息是否完整等，都可以反映出图像的清晰度。在尿检过程中，随着显微镜的运动，物镜与样本间的焦万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章基于区域双爬坡的清晰度跟踪算法距也发生变化，而图像清晰度并不随焦距线性变化，故获取最清晰的图像也就是找到最合适的焦距大小。概述清晰度评价函数是评价图像清晰度的重要依据，也是检验过程中能否自动完成焦距调节的关键性因素。对于不同的样本，其细胞种类数量形状等信息基本各不相同，且细胞的分布存在多层性和不确定性同时，取样后的细胞将随着时间发生溶解，若待细胞完全沉降后以底层细胞作为焦距调节对象，很大可能会影响后续操作中细胞的检验效果此外，对于批量的样本检验，若每个样本均进行自动焦距调整过程，则耗费了大量的时间，故为了节省时间保证细胞的有效性和细胞位置的准确性，本文选取个参照物作为清晰度判定的对象，并在获取参照物最清晰点的基础上，调节焦距获取细胞最清晰相对位置，则检验过程中的细胞清晰层面便依赖于参照物和相对位置两个因素，为每个样本的检验提供了相同的检验条件。在实验过程中发现，越清晰图像，其包含的图像细节和信息也就越多，下面将利用图像清晰度的这特征，对几种清晰度评价函数展开讨论，并进行比较得出最适合的评价函数。图像清晰度评价原理显微镜模块的运动主要靠电机控制，由于微观世界的敏感性，电机的设计无法做到最理想状态，存在几微米的回程差，针对这种误差对图像清晰度判别的影响，本文只讨论电机单向运动的情况，即参照物图像应是从不清晰状态到清晰状态，再回到不清晰状态，故假设以焦距为横轴，图像清晰度为纵轴，构成参照物清晰度变化曲线，清晰度评价函数的设计需要满足以下几个条件清晰度变化曲线必须是单峰函数，则峰值处的焦距大小便对应了图像清晰度值最高处清晰度变化曲线的峰值两侧，须保证单调性，即单调递增或单调递减靠近清晰度曲线峰值的两侧处，曲线斜率越陡越好，证明评价函数的灵敏度高评价函数需对噪声具有定鲁棒性，且算法效率要高。目前，已有众多学者深入研究了图像的清晰度评价方法，并总结出了多种评价算法，例如平方梯度法拉普拉斯法图像绝对中心距法能量熵法等，每种方法都有自己的优点和不足。由于实验参考对象为检验池底部凹陷的个“十字“标记，并不包含太多纹理信息，故本小结主要讨论图像绝对中心矩评价函数能量熵评价函数拉普拉斯算子评价函数以及万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章基于区域双爬坡的清晰度跟踪算法平方梯度评价函数，而灰度比较法和小波变换法则不适用本实验。为了实现评价函数对象的致性，现对检验池底部凹陷的个“十字”标志控制方向电机运动，记录从不清晰到清晰的张图像，若，则记录图像如图所示第幅第幅第幅第幅第幅第幅第幅第幅第幅第幅图标定图像根据图，可知第幅图像清晰度最佳，现对幅图像的清晰度值展开如下讨论。绝对中心矩函数评价方法图像的绝对中心矩函数也常称为函数。图像的绝对中心矩，与图像的能量方差有着相似的性质，若以图像所涵盖的像素点构成个样本，则绝对中心矩能够反映出图像信息的能量信息，即绝对中心矩越高，所包含的能量信息越大，图像也就越清晰。假设图像中每点的像素值构成图像则的计算公式为，，万方数据单位代码密级硕士学位论文论文题目尿检中关于显微颗粒识别的预处理研究徐佳黄丽亚电路与系统复杂信号处理工学硕士二零四年二月学号姓名导师学科专业研究方向申请学