专利名称：基于空间相对高度信息的多聚焦图像边缘检测方法
技术领域：
本发明涉及ー种数字图像的处理技木，特别涉及一种基于空间相对高度信息的数字图像处理中的多聚焦图像边缘检测的方法，属于数字图像采集与识别领域。
背景技术：
数字图像边缘检测是数字图像处理领域的经典难题，其核心思想是要检测出数字图像中以不连续的形式出现的局部特征，这些局部特征可以是突变的灰度、顔色或纹理等，其检测的最終目的是将数字图像中的背景区域和目标区域以及目标区域中的不同子目标区域分割开来，检测出的图像边缘也就是图像中不同子目标区域的分界线。在解决如石油地质图像中的岩石颗粒边缘检测、金相图像分析中的金属组织颗粒 边缘检测、医学图像中的细胞颗粒边缘检测时，对于局部特征信息比较明显的图像，采用基于灰度值、顔色值或纹理特征等的边缘检测方法则能较好的检测出图像中的颗粒边缘，进而获得较好的图像分割效果。但对于某些堆积重叠的颗粒，在图像中表现出颗粒之间粘连很多，而基于灰度的边缘检测方法对噪声和灰度不均匀的情况比较敏感；基于颜色的边缘检测方法在待分割图像中某些区域的顔色容易受外界因素影响；基于纹理的边缘检测方法很难找到ー种可以描述所有纹理的纹理特征，所以采用基于灰度、颜色以及纹理的边缘检测方法，其效果均不太理想，因而无法较为准确地把粘连颗粒图像目标分割开来。因此，需要找到ー种更为有效的边缘检测方法，以提高粘连颗粒图像的分割质量。目前，已有的图像边缘检测方法往往都是针对ニ维平面图像提出的，在金相分析、医学细胞图像分析等领域，由于目标对象的特性决定了采集到的图像信息只能是ニ维图像信息，因而在这些领域，只能在ニ维平面图像上解决边缘检测问题。然而，在石油地质分析中的岩石颗粒图像分析等领域，其目标对象本身是三维的，这就为本课题研究者提供了新的思路，即利用目标对象的空间相对高度信息进行图像的边缘检测，常规提取目标对象的空间相对高度信息的方法很多，如利用光照角度与物体在两幅图像中同一点的位移差别等信息来得到它的空间相对高度信息，基于单幅图像的明暗信息计算其空间相对高度信息等，而其中基于多聚焦序列图像的聚焦深度測量法便是较为有效的ー种。如能利用将图像融合技术和聚焦深度測量法相结合，对多聚焦序列图像进行融合处理获取到全景深图像，再从多聚焦序列图像中提取空间相对高度信息，并将空间相对高度信息用于全景深图像的边缘检測，即能获得良好的图像边缘检测效果，从而提高图像的分割质量，这正是本发明的任务所在。
发明内容
本发明的目的就是在于克服现有图像边缘检测方法所存在的缺陷和不足，提供一种基于空间相对高度信息的多聚焦图像的边缘检测方法。该方法包括获取目标样本的多聚焦序列图像，对获取的该序列图像进行图像配准预处理，再融合处理好的序列图像获取全景深图像以及提取空间相对高度信息，对提取的空间相对高度信息再处理以消除噪声，并利用空间相对高度信息对全景深图像进行背景区域和目标区域以及目标区域中子目标区域的边缘检测等步骤；以解决在数字图像中诸如堆积重叠颗粒图像的边缘检测问题，达到图像边缘检测的目的，进而提高数字图像的分割质量。为实现上述发明目的，本发明采用以下措施构成的技术方案来实现。本发明所述的基于空间相对高度信息的多聚焦图像边缘检测方法，包括以下实现步骤 步骤I :利用图像采集系统获取目标样本的多聚焦序列图像，获取方式是从上到下调节采集系统中成像设备的高度，使其聚焦到目标样本的每个层面，获取从目标样本顶层到其背景层的每个层面的清晰聚焦图像，从而得到所需的η幅多聚焦序列图像；步骤2 :对步骤I中得到的η幅多聚焦序列图像，采用基于互相关信息的图像频域配准方法，对该多聚焦序列图像进行图像配准预处理；步骤3 :对步骤2中配准好的η幅多聚焦序列图像，采用基于小波变换的图像融合算法对其进行融合处理，从而得到具有清晰的多聚焦序列图像的目标区域和背景区域的全景深图像；步骤4 :对步骤2中配准好的多聚焦序列图像，采用聚焦深度測量法提取其空间相对高度信息图像，所述图像中像素值的大小反应像素点的空间相对高度；步骤5 :对步骤4中提取的空间相对高度信息图像，采用高度一致性约束法进行处理以消除其噪声；步骤6 :对步骤5中处理好的空间相对高度信息图像的目标区域与背景区域进行边缘检测；步骤7 :对步骤6中检测出的空间相对高度信息图像的目标区域中子目标的局部极大值区域进行标识；步骤8 :对步骤7中标识出的空间相对高度信息图像的目标区域中子目标的局部极大值区域进行扩张，以完成空间相对高度信息图像的边缘检测，然后将检测出的空间相对高度信息图像的所有目标区域的边缘应用于所述的全景深图像，或所述的多聚焦序列图像，从而即能实现多聚焦图像的边缘检測。上述方案中，步骤4中所述聚焦深度測量法是将步骤2配准好的η幅多聚焦序列图像按采集的顺序编号，创建一幅与多聚焦序列图像大小相等的空白图像用于记录多聚焦序列图像的空间相对高度信息，再将每幅多聚焦序列图像分成ZXZ小块，利用聚焦评价函数对每幅图像对应位置相同的小块进行计算，那么图像差分绝对值之和最大的那幅图像就是该小块的聚焦位置，同时得到该幅图像的序号i，最后在空白图像中，将与该小块对应位
置的像素点的值置为
权利要求
1.一种基于空间相对高度信息的多聚焦图像边缘检测方法，其特征在于包括以下实现步骤 步骤I:利用图像采集系统获取目标样本的多聚焦序列图像，获取方式是从上到下调节采集系统中成像设备的高度，使其聚焦到目标样本的每个层面，获取从目标样本顶层到其背景层的每个层面的清晰聚焦图像，从而得到所需的η幅多聚焦序列图像； 步骤2 :对步骤I中得到的η幅多聚焦序列图像，采用基于互相关信息的图像频域配准方法，对该多聚焦序列图像进行图像配准预处理； 步骤3 :对步骤2中配准好的η幅多聚焦序列图像，采用基于小波变换的图像融合算法对其进行融合处理，从而得到具有清晰的多聚焦序列图像的目标区域和背景区域的全景深图像； 步骤4 :对步骤2中配准好的多聚焦序列图像，采用聚焦深度測量法提取其空间相对高度信息图像，所述图像中像素值的大小反应像素点的空间相对高度； 步骤5 :对步骤4中提取的空间相对高度信息图像，采用高度一致性约束法进行处理以消除其噪声； 步骤6 :对步骤5中处理好的空间相对高度信息图像的目标区域与背景区域进行边缘检测； 步骤7 :对步骤6中检测出的空间相对高度信息图像的目标区域中子目标的局部极大值区域进行标识； 步骤8 :对步骤7中标识出的空间相对高度信息图像的目标区域中子目标的局部极大值区域进行扩张，以完成空间相对高度信息图像的边缘检测，然后将检测出的空间相对高度信息图像的所有目标区域的边缘应用于所述的全景深图像，或所述的多聚焦序列图像，从而即能实现多聚焦图像的边缘检测。
2.根据权利要求I所述的多聚焦颗粒图像的边缘检测方法，其特征在于步骤4中所述聚焦深度測量法是将步骤2配准好的η幅多聚焦序列图像按采集的顺序编号，创建一幅与多聚焦序列图像大小相等的空白图像用于记录多聚焦序列图像的空间相对高度信息，再将每幅多聚焦序列图像分成ZXZ小块，利用聚焦评价函数对每幅图像对应位置相同的小块进行计算，那么图像差分绝对值之和最大的那幅图像就是该小块的聚焦位置，同时得到该幅图像的序号i，最后在空白图像中，将与该小块对应位置的像素点的值置为
3.根据权利要求I所述的多聚焦颗粒图像的边缘检测方法，其特征在于步骤5中所述高度一致性约束法由以下步骤完成 ①扫描待处理像素点的N邻域，得到其空间相对高度值为a的像素点最多，且个数为C，所述待处理像素点的N邻域为该像素点周围的(2N+1) (2N+1)-1个像素点，这些像素点是以该待处理像素点为中心； ②利用以下高度一致性约束关系式对所述待处理像素点进行处理
4.根据权利要求I所述的多聚焦颗粒图像的边缘检测方法，其特征在于步骤6中所述对空间相对高度信息图像的目标区域与背景区域的边缘检测包括下述步骤 ①设定像素点的空间相对高度阈值为T2； ②利用以下公式(3)对空间相对高度信息图像的每个像素点进行处理，以实现所述图像中目标区域和背景区域相互分离，处理后所述图像中其空间相对高度值为B的所有像素点构成图像背景区域，其余像素点构成图像目标区域，公式(3)表示为；
5.根据权利要求I或2所述的多聚焦颗粒图像的边缘检测方法，其特征在于所述聚焦深度測量法中的聚焦评价函数表示为
6.根据权利要求I所述的多聚焦颗粒图像的边缘检测方法，其特征在于步骤7中所述标识空间相对高度信息图像的目标区域中子目标的局部极大值区域，是指把满足约束条件的区域判定为局部极大值区域，所述约束条件可以是区域面积，或区域形状因子约束条件中的一个或多个的组合；所述局部极大值区域是在每个子目标内部，能够唯一标识该子目标区域，局部极大值区域与子目标之间一一对应，即每个子目标有且仅有ー个局部极大值区域。
7.根据权利要求I或6所述的多聚焦颗粒图像的边缘检测方法，其特征在于步骤7所述的标识图像局部极大值区域的作法是首先创建一幅与空间相对高度信息图H同样大小的标识图像M，并将标识图像M初始化为S，然后在标识图像M中，将与图像H的背景区域对应的区域标识为F，再在图像H中依次扫描目标区域的最底层到最顶层，每扫描完ー层后，判定扫描出的连通区域在标识图像M中对应的位置是否与标识为F的目标区域相连，如果相连则将标识图像M中的该对应位置标识为F，如果不相连则将此连通区域的高度值增加ー层，同时设置ー个面积阈值区间[min，max)作为约束条件，扫描标识图像M中未被标识为F的区域，从而得到所有的连通区域，对每个连通区域进行判断，当待判定连通区域的面积位于此阈值区域内时，便在标识图像M中，将该区域标识为E，如此依次处理完每ー层，其中O彡F彡E彡255。
8.根据权利要求I所述的多聚焦颗粒图像的边缘检测方法，其特征在于步骤8所述的扩张局部极大值区域的作法是首先创建一幅与空间相对高度信息图H同样大小的标识图像Cg，并将其初始化为O，然后在标识图像Cg中，对步骤7中标识出的极大值区域所对应的位置进行标识，再依次从最顶层到最底层扫描空间相对高度信息图像H，每扫描ー层后，在标识图像Cg中，将扫描出的连通区域所对应的位置与所标识的极大值区域做位置上的比较，如果不与任何极大值区域相连，则将此连通区域的高度值减小一层，如果与ー个极大值区域L相连则在标识图像Cg中，将该对应位置置为极大值区域L的标识值，如果与多个极大值区域相连，则需要通过比较判断来划分该对应位置，如此依次处理完目标区域中子目标区域的每ー层。
9.根据权利要求I所述的多聚焦颗粒图像的边缘检测方法，其特征在于所述采集系统中所用的光源为LED光源(3)。
全文摘要
本发明涉及一种基于空间相对高度信息的多聚焦图像边缘检测方法，属于数字图像采集与识别领域。该方法是利用图像采集系统获取目标样本的多聚焦序列图像；用基于互相关信息的图像频域配准法，对多聚焦序列图像进行图像配准预处理；用基于小波变换图像融合算法对配准好的图像融合处理及采用聚焦深度测量法提取其空间相对高度信息图像；再用高度一致性约束法对其处理以消除其噪声；对处理好的空间相对高度信息图像的目标区域与背景区域进行边缘检测；检测出的空间相对高度信息图像的目标区域中子目标的局部极大值区域进行标识和扩张，以完成空间相对高度信息图像的边缘检测；从而实现多聚焦图像的边缘检测。
文档编号G06T5/00GK102682435SQ201210148229
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者何小海, 吴拥, 方莹莹, 易云, 汪杰, 滕奇志, 王正勇 申请人:四川大学