细胞图像分析处理系统的开发(4)

2. 由于细胞有一定的厚度，在拍摄的时候由于焦距或细胞固定状态等原因，细胞有可能出现变形、失真。细胞中常常存在颗粒状内容物，同时细胞由于自身情况或者拍摄原因，也常常存在中空的情况。这些因素都严重影响了细胞的正常识别。

3. 当细胞密度较大时，容易出现细胞的粘连、重叠和聚堆现象。在细胞的分割中，这样的状况产生的影响甚至比杂质的影响更严重。

4. 细胞图像质量一般较差，容易出现图像模糊、细胞灰度浅不明显、与背景的对比不够、整张图像灰度不均一、曝光不均匀等问题。

为了有效解决实验图像中污染物和细胞粘连等因素带来的影响，有效对细胞图像进行分析处理，系统必须解决的几个关键技术问题是：

1. 由于VB编译程序本身在运算速度上并无优势，并且在图像处理方面也缺少特色，由于需要对海量数据作运算，如果使用传统方法，将浪费大量时间在运算上，使程序异常缓慢，严重影响工作效率。而对于一般的实验室电脑设施来说，由于其性能一般不高，在此也需要一种对配置要求相对较低的软件系统。同时需要保持软件在使用中的稳定性。因此，在图像处理中如何保持运算的高效化，如何最大程度优化算法，是需要解决的关键问题之一。

2．如何对细胞图像进行处理以消除图像中的干扰因素。如消除图像噪声，区分对象区域与干扰区域，排除污染物影响等，为对细胞图像作进一步检测，保证数据的精确性打好基础。

3. 在细胞图像分析中常常需要设置一些规则或不规则区域进行处理，或者由用户进行手动圈定。在做比较分析的时候，还需要能够使用相同的选取形状和

大小在细胞图像上进行移动，从而获得区域不同大小形状相同的一批细胞图像数据。因此，我们需要探索如何让用户能够自主选取相关感兴趣区域进行分析，如何能够将其模块化使用。同时，这也是软件是否人性化和实用化的一个具体的衡量标准。

4. 细胞图像分割是迄今为止尚未得到很好解决的一种技术。经过对实验室细胞图像的分析，我们需要寻找一种有效的方法来消除图像中的影响因素，得到相对正确的分割结果。特别是需要解决重叠、粘连细胞图像及复杂背景下细胞图像的分割问题。

5. 寻找一种有效地进行细胞图像匹配分析的图像匹配策略方法。并且在使用中可由用户自己对匹配策略进行调整，以方便对不同测量环境下的细胞作出准确判断。

6. 传统的灰度直方图和线性灰度检测等还有一定使用上的不便。通过对这些传统技术的改进，可以提高工作效率，并提高软件可用性。

7. 从数学方法的提出，到在VB平台进行编程实现，需要克服一些编程中的难点，解决一些关键技术问题。在这方面并没有太多可供借鉴的对象。并且，在系统开发的过程中，需要通过模块化的方法来整合代码，以便于日后系统维护的方便。

针对以上几个关键技术问题本文提出了解决办法。

1.2.2本文的研究工作

本文解决实验室实际需求的同时，从生物细胞图像的实际情况出发，尽量减少各种图像因素所造成的影响，提高检测精度。研究工作主要包括：

1. 根据图像处理的运算性能要求及系统可扩展性，设计细胞图像处理系统主体结构框架，建立核心数据转换和储存模块，以及图像数据输入输出通用接口。

2. 构建细胞图像基本运算和图像操作模块，使软件具备基本的图像色彩转换、空间转换、缩放、旋转和移动功能，并建立通用ROI类工具，实现图像区域的自由选取和分析统计。

3. 构建细胞图像的增强模块，处理图像中对比度不足、目标图像亮度过低、边缘模糊、细节不够清晰等问题，改善细胞图像视觉效果，突出研究对象的特定信息。其中，通过灰度拉伸增大细胞对象与背景区域的对比；通过图像平滑去除图像噪声；使用灰度直方图实现对图像灰度的统计分析，并对图像灰度进行调整。通过图像增强实现细胞图像的线性灰度检测、灰度点阵和基于灰度分布的简单面积计算。

4. 构建细胞图像的数学形态学处理与细胞图像分割模块。针对实验室研究

的细胞对象种类不一，大小形状各异，灰度各有差别的现状，提出了一种通用的面积测量方法。通过噪声去除、细胞边缘检测、Otsu法阈值分割、孔洞填充、迭代腐蚀、形状特征提取与种子填充法测量等一系列流程实现细胞面积的准确测量。

5. 构建细胞图像匹配模块，实现在复杂背景条件下对不同细胞图像的细胞计数。

其中，本文对传统的ROI类工具进行了改进，很大程度上方便了操作者使用。同时，经过对实验室细胞图像的分析，寻找出了一种有效的方法来消除图像中的影响因素，得到相对正确的分割结果，提高了在重叠、粘连细胞图像及复杂背景情况下细胞图像的分割能力。另外，提出了使用图像匹配方法对细胞进行计数，并对于传统的图像匹配法进行了改进，提出一种使用9区域预分割计算方法，提高了匹配运算效率，整合出了一种有效地进行细胞图像匹配分析的图像匹配策略方法。同时，实现在使用中可由用户自己对匹配策略进行调整，以方便对不同测量环境下的细胞作出准确判断。

6. 通过荧光细胞灰度测量、细胞测量、细胞计数等几种细胞实验对系统各方面性能进行了测试，以验证系统的可行性。