Диссертация (1144795), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Автоматизированный анализ структур фаций биожидкостей проводился с помощью пакетаMathematica 11.1 (Wolfram Research). Данный пакет с набором программImage является компьютерной системой, подходящий для исследований в области количественного морфологического анализа биожидкостей. Алгоритмы обработки изображений повышает качество микроскопического изображения фаций, чётко распознаёт трещины, отдельности и конкреции, измеряетих пространственные параметры.
Кроме того, с помощью этой программыпроводилась и статистическая обработка полученных результатов.Первоначальная обработка изображений фации СК представляла собойпреобразование из цветного (24-х битного) изображения в полутоновое (8-мибитное в градациях серого), а затем преобразование изображения проводилось с помощью градиентного фильтра, выделяющего границы и контурыструктур фации СК.Визуально можно отметить, что помимо интересующих нас трещинопределяется много «шумовых» элементов фации. Отмечаем те области, вкоторых большая дисперсия и яркость ниже фона. Обработав изображение,определяем количество граничных линий. В том случае, если их количествопревышает заданный порог по длине (например, 5 пиксел) принимается ре-273шение о наличии радиальной трещины.
Обнаружение областей с большимперепадом яркости выполняется с использованием градиентного фильтра. НаРисунке 5.13 представлен результат применения описанных операций к исходному изображению. Отмеченные границы показаны черным цветом.Имея некоторое множество точек изображения, требовалось найтиподмножества этих точек, которые лежат на прямых линиях. Один из подходов заключается в построении всевозможных прямых, задаваемых парамиэтих точек, а потом в обнаружении точек, которые расположены близко кконкретным прямым. Проблема реализации такой процедуры связана с необходимостью рассмотрения всех возможных прямых, а затем в выполненииопераций сравнения всех точек с каждой из этих прямых.абвРисунок 5.13 ‒ Последовательное преобразование изображения фации СК(норма) для дальнейшего применения метода Хафа: а ‒ исходное изображение; б ‒ полутоновое преобразование; в ‒ применение градиентного фильтраВ преобразованиях Хафа, осуществлен иной подход. В этом преобразовании используется параметрическое представление линий:r x cos( ) y sin( ) .(5.19)Переменная r длина перпендикуляра, опущенного на прямую из началакоординат (центр фации).
Параметр θ представляет собой угол между осью xи этим вектором. Имея значения r и θ можем найти максимумы преобразования Хафа по следующему алгоритму:1. находим ячейку преобразования Хафа, в которой лежит наибольшаявеличина, и записываем ее местоположение;2. обнуляем ячейки в ближайшей окрестности положения, найденного274на шаге 1;3. повторяем шаги 1 и 2 до тех пор, пока желаемое число максимумовне будет найдено или после достижения заданного порога.Далее, для каждого максимума следует найти положения всех ненулевых пикселей изображения, которые лежат на соответствующих прямых. После упорядочивания пикселов в сегменты линий, рассматривались только телинии, которые превышали некую минимальную пороговую длину α.Каждая из найденных на изображении с помощью метода Хафа [69]прямых, была представлена координатами начальной точки (xi1, yi1) и конечной точкой (xi2, yi2).
Для обнаружения интересующих нас объектов выбиралите элементы, которые соответствуют следующим признакам: 1) расстояниемежду точками (xi1, yi1) и (xi2, yi2) меньше min(Lk, Lj ), где Lk, Lj − длины k–ойи j–ой для двух произвольных прямых в алгоритме перебора; 2)Lk L j , min(Lk, Lj). Трещина считается радиальной, если для каждойточки этой линии угол между касательной к трещине и радиус-вектором,направленным из центра фации к этой точке, имел величину от – 45º до + 45º.На выходе алгоритма Харриса получается набор угловых точек. Из них быливыделены те точки, которые совпадали с радиальными трещинами. Далее, поэтим точкам, определяли направление поперечных трещины путем в зависимости от координаты ее центра. Трещина считалась поперечной, если уголмежду касательной к трещине и радиусом-вектором, проведенным из центрафации к каждой точке трещины, имел величину от +45º до +135º, или от –45ºдо –135º.
Опытным путем было установлено, что для целей распознаваниятрещин пороговая длина при размере изображения 1024х1024 пикселей несоставляет более α = 5 пиксель. Результат нахождения трещин – линий методом Хафа представлен на Рисунке 5.14 (исходные размеры кадров 1024х1024пиксел).Описанный алгоритм реализован в виде программы в пакетеMathematica. На вход программы поступает изображение фации, программа275обрабатывает данное изображение и выдает отдельное изображение совокупности радиальных трещин. На Рисунке 5.14 представлена окончательная обработка исходного изображения с выполненной предварительной обработкой(Рисунок 5.13).Проведённые исследования с помощью описанного алгоритма набольшом количестве фаций СК (143 изображения) показали, что пропусковрадиальных трещин практически не наблюдалось.
Ложные обнаружения были на 11% изображений. Это было вызвано тем, что характерные признакиотрезков прямых и дуг кривых в процессе преобразования и фильтрацииизображений утрачиваются. Рассматривая обработанное изображение, частотрудно бывает узнать отдельные отрезки прямых и дуги кривых в последовательности вертикальных и горизонтальных отрезков.абвРисунок 5.14 ‒ Фация сыворотки крови здорового человека. Выявление радиальных трещин: а ‒ исходное изображение (разрешение изображения1024х1024 пикселей); б ‒ бинарное изображение с найденными линиями –трещинами; в - изображение с найденными радиальными трещинами.
х12Для выявления расположения поперечных трещин использовали способ, основанный на методе Харриса с выделением угловых точек на контурах. Данный способ инвариантен к повороту, масштабированию и аффиннымпреобразованиям и основан на направлении градиентов соседних пикселей.Детектор Харриса проигрывает в скорости работы по сравнению с другимиалгоритмами [143], но дает более точные результаты. Эти расчеты также выполнялись в программе Mathematica, которая содержит реализацию метода276поиска углов по P.M.
Харрису [16].На входе имеется двумерное полутоновое изображение. Применяласьмаска (окно) дифференциального преобразования изображения. Определялось изменение яркости соседних пикселей в различных направлениях относительно текущего пикселя. Точка считалась угловой, если изменение градиента было большим, а сдвиг окна (относительно текущего пикселя) малым.Результат работы алгоритма представлен на Рисунке 5.15.баРисунок 5.15 ‒ Фация сыворотки крови. Результат работы детектора угловыхточек методом ХарРиса: а – обнаружение радиальных трещин (выделеныкрасным цветом) и угловых точек (выделены синим); б ‒ обнаружение поперечных трещин (выделены черным) в светлом кольце (область, включающаяцентральную и периферическую зоны). Поперечные трещины (выделенычерным) лежат между радиальными трещинами в соответствующих угловыхсекторах, определяемых угловыми точками (выделены синим), и линиямирадиальных трещинНа выходе алгоритма Харриса получается набор угловых точек.
Мывыделяли из них те точки, которые совпадают с радиальными линиями (трещинами). Далее, по этим точкам, определяли направление линии – поперечной трещины путем обхода узлов в зависимости от координаты ее центра тяжести [5]. Линия считалась поперечной трещиной, если для каждой точкиэтой линии угол между касательной к трещине и радиус-вектором, проведенным из центра фации к этой точке, имеет величину от +45 до +135º, или от277−45 до −135º.Если радиальные трещины-линии не проРисовывались полностью, токрайние точки поперечной трещины, определялись по угловому параметру θрадиальной трещины-линии, формирующей соответствующий сектор междудвумя соседними радиальными трещинами.Поперечные трещины (темные линии на Рисунке 5.15б) рассматривались только в центральной и промежуточной зоне фации (светлое кольцо наРисунок 5.15).
В краевой зоне также наблюдались угловые точки, совпадающие с кольцевыми трещинами. Но метод ХарРиса не считал их лежащими напрямой линии, хотя радиальные трещины частично располагались в краевойзоне фации.Количественные методы оценки структуры радиальных и поперечныхтрещин определялись по следующим параметрам.1. Суммарная длина трещин (SL) – длина трещин в пикселах.
Величина SL может служить одним из показателей структуры фации. Считаетсяотдельно для радиальных (SLR) и поперечных (SLP) трещин, SLR + SLP = SL.При преобразовании исходного изображения с помощью градиентной фильтрации все трещины будут видны в виде темных полос. При обработке изображения подсчитывается расстояние между угловыми точками, лежащими награнице радиальной трещины на изображении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
