奥林巴斯显微镜的数字图像处理技术研究

2016-05-16技术资料

根据光照条件下,试样的完整性,及其制备方法,数字图像在光学显微镜中可能需要相当数量的康复之间实现平衡,科学准确,化妆品的平衡,和审美的组成。当第一次获得的电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器,从显微镜下的数字图像通常遭受贫困的信号噪声特性,光照不均,聚焦和失焦的灰尘和碎片,眩光,颜色的变化,和许多其他疾病,降低图像的整体质量。

奥林巴斯显微镜,数字图像处理的推荐策略

在图像被从显微镜获得的,它通常被称为原图像并应编目和保存的图像处理和分析操作开始之前。这一步将确保图像的原始副本的情况下,不可逆的错误可在图像处理或图像丢失或者变得不可恢复了。除了原始图像,一个背景图像平场图也应与试件移出光路无试样产生的背景图像的记录。最好的方法是将视场的包含安装介质和盖玻片滑区,但没有碎片显著水平,为了模拟背景照度分布。另一种方法是散焦显微镜与地方的试样,然后记录背景图像。虽然后者的技术是不可取的,有时是唯一的选择,特别是如果试样占据大部分在盖玻片的地区。在这种情况下,定量的信息必须来自试样,不同背景的图像可以一起平均降低噪声水平。

除了背景图像,它往往是明智的,也记录了一个暗帧建立黑暗(电子和热)的数码相机系统的噪声水平。暗框应使用相同的曝光为原始图像,但没有打开相机快门获得。在某些情况下,可能需要从显微镜镜头盖脱离镜头盖或一段黑色纸板安装适配器。与平场图片或背景图像,多个暗帧可以收集和计算的平均值。在所有必要的图像已聚集(原,背景,和黑暗),图像处理操作可以继续进行。

一个典型的图像倾斜照明与耦合至数字摄像系统的光学显微镜是在图1(a)。标本固定和染色小海星(变态后)准备为包埋介质整体安装,并夹玻片盖玻片之间。由于光照不均的问题经常遇到的离轴照明技术,这个标本被选择来说明,强调由于大的可见的背景区域的问题。从显微镜照明装置斜光产生稍微不均匀背景(通常是梯度强度出现),如图1中的亮度变化的证据(一)。有,此外,绿色铸造的整个图像,是由不正确的白平衡调整的CCD图像传感器引起的。此外,像是在一个相对较低的光捕获,这增加了在图像中的随机噪声的量(注意的背景和试样的颗粒状的外观)。

奥林巴斯显微镜,数字图像处理的推荐策略

灰度图像的直方图(图1)的原始图像显示的CCD图像传感器的动态范围的一小部分被用于生产的图像。在图像中的灰度级的巨大多数集中在60和210之间的值,用很少的像素表现出的水平,或高或低的地区。这个限制的直方图的灰度值规模的中心产生的图像的对比度差(见图1(a)),必须在图像处理过程中纠正。在灰度级的大穗以140对应于代表背景颜色的强度水平。作为背景更加均匀(减少灰度级的数目)在加工过程中,该分布的宽度窄,和像素数将增加。

的光学显微照片如图1所示的图像处理可以与一些商业上可用的软件包的实现。推荐低成本售后图像编辑软件,包括Adobe PS图象处理软件,Corel照片涂料,Macromedia Fireworks,和油漆店亲。此外,高端的软件程序,专门设计用于从显微镜数字图像,可用于执行必要的图像编辑功能。许多这些程序纳入算法,简化步骤中常用的光学显微图像处理,如背景减法,平场校正,直方图操作,和伽玛校正。

在图像处理的第一步是去除亮度波动(由于不均匀背景光)和噪声引入的标本或摄像系统。对于大多数的数字图像,简单的背景减法算法是足够的,会产生校正后的图像,即使在图像的亮度值。然而,与图像定量分析的要求注定光度准确度,平场校正是首选的技术。

原海星的图像如图1所示(一)是一个背景减法算法调整(图2(a))产生校正的图像呈现在图2(b)。该算法采用用户选择的控制点,可以将图像周围的背景在选定区域内的亮度值指定。控制点的位置后,他们的代表亮度值是用来适应的人工背景创建曲面函数。计算出的背景,然后减去样本图像获得一个最小二乘拟合的曲面函数近似的背景如何会出现均匀的照明。在实践中,控制点的选择应使它们均匀地分布在整个的图像(如在图2(a)),并在每个控制点的亮度水平应整体背景强度代表。

背景减法或平场校正调整后,已应用于图像,下一步是恢复亮度和对比度水平相匹配的试样在显微镜的外观(通过目镜或现场视频饲料的摄像头接口软件)。直方图拉伸和滑动操作通常显示为亮度对比在常见的图像编辑软件调整滑块。的直方图分布更复杂的操作在高端软件包通常是可能的,但在所有的图像编辑现有的基本工具通常可以用来进行调整的图像。

海星标本图像,作为背景,对比缺陷的纠正后,和亮度的变化,如图3所示(一)。注意染色的附属物变得更清晰的定义和图像整体对比度提高了。此外,背景已从一个绿色的波动梯度转移到一个光滑的(当俯瞰粒状噪音)甚至灰色调。改进的直方图是在图3(b),并可相对于原始图像的直方图如图1(b)。后处理,直方图是覆盖更大范围的灰度级(10~220和60~210)额外的像素值转移到较深的。作为一个结果,校正后的图像中的阴影色调显得比原来的更深入和更丰富的,与对照的水平更高。

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在处理的下一步是γ使同时显示光明和黑暗的在计算机显示器上的图像特征指数缩放调整的目的。在图4(a)是海星标本图像后,伽玛校正。调整显示器,将用于图像处理时,伽玛校正取决于,在部分,在显示器上的对比度和亮度控制设置。显示器控制使技术人员或数字艺术家改变以适应个人不同的爱好和补偿之间的表示格式变异伽玛校正,如各种计算机操作系统平台的个人网页浏览器。

为了减少或消除图像中的随机噪声,一个专门的卷积核,称为平滑滤波器经常应用于图像。在大多数的图像编辑软件,这种类型的操作被称为噪声(通常是指定给灰尘和划痕),模糊的,或高斯模糊滤波器有些算法具有用户可配置的控制,而其他人只适用于一系列固定设置图像。适当的平滑滤波器的应用可以有效地去除噪声,划痕,和其他高空间频率的文物从数字图像。在海星标本图像噪声(背景很明显)已在图4(b)过滤去除产生平滑的背景,但明显更柔软(越模糊)图像特征。

奥林巴斯显微镜,数字图像处理的推荐策略

一旦噪声和其他缺陷已经从图像中去除,锐化算法可以应用于以除去其中的低频空间信息和提高精细边缘细节的定义。许多流行的图像编辑程序包含一个反锐化掩模算法,是理想的用于此目的。在其他的锐化滤波器的非锐化掩模滤波的主要优点之一是控制的灵活性,因为大多数的其他过滤器不提供任何用户可调参数。图5(a)是海星标本后,反锐化掩模滤波来增加边缘细节。相比,图4(b),这是一个高斯模糊滤镜的应用在相同的图像,细节的戏剧性的增强是显而易见的。注意不要过度使用锐化滤波器,它可以重新引入噪声和类似的文物图像,当从一个极端,在边缘产生严重的像素化。

在处理的最后一步是正确的色彩平衡和调整图像的饱和度以去除不想要的颜色点和恢复图像的颜色在显微镜下观察。大多数的图像编辑软件的程序包含一个设置面板,使操作者调整色调,饱和度,和显微镜拍摄的图像色彩平衡。色算法的滑块通过使用用于校正(或文本输入框)可以增加或减少饱和,或过渡通过各种色调和色彩平衡比。

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在经过图像处理步骤已经完成,调整后的图像可以相对于原始图像(见图6(a)和6(b))确定多少有了提高。这是显而易见的,从图6,整体图像的对比度,亮度和饱和度,处理后的图像中显著的。此外,在非均匀背景已经被几乎均匀灰色磨砂的替代品所取代,随着绿色铸造的消除。噪声也有所降低,和精细的图像细节明显的锐利。

如上所述,处理步骤可以与流行的图像编辑软件或通过接口包含在软件包附带很多数码相机系统的实现。虽然一些相机的软件程序,包含基本的图像处理算法,充分履行,许多更复杂的程序,专门设计用于图像编辑包含额外的功能,可以用来创建特殊效果,或在任何阶段的处理方案进行测量。例如,Adobe PS图象处理软件包含广泛的过滤算法,使运营商能够适用于程式化特点,去斑点或扭曲的形象,并添加如刷纹理和镜头光晕特效。事实上,这个计划是如此全面,显微镜拍摄的图像可以被渲染成完全不同的表现形式,它承担的原始图像的相似性很小。如果图像处理的目的是恢复和科学测试或演示图像恢复,然后使用辅助图像编辑算法应保持在最低限度的应用只在必要的时候。然而,如果图像是注定要被修改为艺术的目的,然后在现代软件程序的特殊效果的宽光谱可用于无关于科学的准确性。

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