奧林巴斯顯微鏡,數(shù)字圖像處理的推薦策略

2020-09-03 14:25:30

 根據(jù)光照條件下,試樣的完整性,及其制備方法,數(shù)字圖像在光學(xué)顯微鏡中可能需要相當(dāng)數(shù)量的康復(fù)之間實(shí)現(xiàn)平衡,科學(xué)準(zhǔn)確,化妝品的平衡,和審美的組成。當(dāng)?shù)谝淮潍@得的電荷耦合器件CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS圖像傳感器,從顯微鏡下的數(shù)字圖像通常遭受貧困的信號(hào)噪聲特性,光照不均,聚焦和失焦的灰塵和碎片,眩光,顏色的變化,和許多其他疾病,降低圖像的整體質(zhì)量。

奧林巴斯顯微鏡

在圖像被從顯微鏡獲得的,它通常被稱為原圖像并應(yīng)編目和保存的圖像處理和分析操作開(kāi)始之前。這一步將確保圖像的原始副本的情況下,不可逆的錯(cuò)誤可在圖像處理或圖像丟失或者變得不可恢復(fù)了。除了原始圖像,一個(gè)背景圖像平場(chǎng)圖也應(yīng)與試件移出光路無(wú)試樣產(chǎn)生的背景圖像的記錄。最好的方法是將視場(chǎng)的包含安裝介質(zhì)和蓋玻片滑區(qū),但沒(méi)有碎片顯著水平,為了模擬背景照度分布。另一種方法是散焦顯微鏡與地方的試樣,然后記錄背景圖像。雖然后者的技術(shù)是不可取的,有時(shí)是唯一的選擇,特別是如果試樣占據(jù)大部分在蓋玻片的地區(qū)。在這種情況下,定量的信息必須來(lái)自試樣,不同背景的圖像可以一起平均降低噪聲水平。

除了背景圖像,它往往是明智的,也記錄了一個(gè)暗幀建立黑暗(電子和熱)的數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)的噪聲水平。暗框應(yīng)使用相同的曝光為原始圖像,但沒(méi)有打開(kāi)相機(jī)快門(mén)獲得。在某些情況下,可能需要從顯微鏡鏡頭蓋脫離鏡頭蓋或一段黑色紙板安裝適配器。與平場(chǎng)圖片或背景圖像,多個(gè)暗幀可以收集和計(jì)算的平均值。在所有必要的圖像已聚集(原,背景,和黑暗),圖像處理操作可以繼續(xù)進(jìn)行。

一個(gè)典型的圖像傾斜照明與耦合至數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡是在圖1(a)。標(biāo)本固定和染色小海星(變態(tài)后)準(zhǔn)備為包埋介質(zhì)整體安裝,并夾玻片蓋玻片之間。由于光照不均的問(wèn)題經(jīng)常遇到的離軸照明技術(shù),這個(gè)標(biāo)本被選擇來(lái)說(shuō)明,強(qiáng)調(diào)由于大的可見(jiàn)的背景區(qū)域的問(wèn)題。從顯微鏡照明裝置斜光產(chǎn)生稍微不均勻背景(通常是梯度強(qiáng)度出現(xiàn)),如圖1中的亮度變化的證據(jù)(一)。有,此外,綠色鑄造的整個(gè)圖像,是由不正確的白平衡調(diào)整的CCD圖像傳感器引起的。此外,像是在一個(gè)相對(duì)較低的光捕獲,這增加了在圖像中的隨機(jī)噪聲的量(注意的背景和試樣的顆粒狀的外觀)。

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灰度圖像的直方圖(圖1)的原始圖像顯示的CCD圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍的一小部分被用于生產(chǎn)的圖像。在圖像中的灰度級(jí)的巨大多數(shù)集中在60和210之間的值,用很少的像素表現(xiàn)出的水平,或高或低的地區(qū)。這個(gè)限制的直方圖的灰度值規(guī)模的中心產(chǎn)生的圖像的對(duì)比度差(見(jiàn)圖1(a)),必須在圖像處理過(guò)程中糾正。在灰度級(jí)的大穗以140對(duì)應(yīng)于代表背景顏色的強(qiáng)度水平。作為背景更加均勻(減少灰度級(jí)的數(shù)目)在加工過(guò)程中,該分布的寬度窄,和像素?cái)?shù)將增加。

的光學(xué)顯微照片如圖1所示的圖像處理可以與一些商業(yè)上可用的軟件包的實(shí)現(xiàn)。推薦低成本售后圖像編輯軟件,包括Adobe PS圖象處理軟件,Corel照片涂料,Macromedia Fireworks,和油漆店親。此外,高端的軟件程序,專門(mén)設(shè)計(jì)用于從顯微鏡數(shù)字圖像,可用于執(zhí)行必要的圖像編輯功能。許多這些程序納入算法,簡(jiǎn)化步驟中常用的光學(xué)顯微圖像處理,如背景減法,平場(chǎng)校正,直方圖操作,和伽瑪校正。

在圖像處理的第一步是去除亮度波動(dòng)(由于不均勻背景光)和噪聲引入的標(biāo)本或攝像系統(tǒng)。對(duì)于大多數(shù)的數(shù)字圖像,簡(jiǎn)單的背景減法算法是足夠的,會(huì)產(chǎn)生校正后的圖像,即使在圖像的亮度值。然而,與圖像定量分析的要求注定光度準(zhǔn)確度,平場(chǎng)校正是首選的技術(shù)。

原海星的圖像如圖1所示(一)是一個(gè)背景減法算法調(diào)整(圖2(a))產(chǎn)生校正的圖像呈現(xiàn)在圖2(b)。該算法采用用戶選擇的控制點(diǎn),可以將圖像周?chē)谋尘霸谶x定區(qū)域內(nèi)的亮度值指定。控制點(diǎn)的位置后,他們的代表亮度值是用來(lái)適應(yīng)的人工背景創(chuàng)建曲面函數(shù)。計(jì)算出的背景,然后減去樣本圖像獲得一個(gè)最小二乘擬合的曲面函數(shù)近似的背景如何會(huì)出現(xiàn)均勻的照明。在實(shí)踐中,控制點(diǎn)的選擇應(yīng)使它們均勻地分布在整個(gè)的圖像(如在圖2(a)),并在每個(gè)控制點(diǎn)的亮度水平應(yīng)整體背景強(qiáng)度代表。

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背景減法或平場(chǎng)校正調(diào)整后,已應(yīng)用于圖像,下一步是恢復(fù)亮度和對(duì)比度水平相匹配的試樣在顯微鏡的外觀(通過(guò)目鏡或現(xiàn)場(chǎng)視頻飼料的攝像頭接口軟件)。直方圖拉伸和滑動(dòng)操作通常顯示為亮度對(duì)比在常見(jiàn)的圖像編輯軟件調(diào)整滑塊。的直方圖分布更復(fù)雜的操作在高端軟件包通常是可能的,但在所有的圖像編輯現(xiàn)有的基本工具通??梢杂脕?lái)進(jìn)行調(diào)整的圖像。

海星標(biāo)本圖像,作為背景,對(duì)比缺陷的糾正后,和亮度的變化,如圖3所示(一)。注意染色的附屬物變得更清晰的定義和圖像整體對(duì)比度提高了。此外,背景已從一個(gè)綠色的波動(dòng)梯度轉(zhuǎn)移到一個(gè)光滑的(當(dāng)俯瞰粒狀噪音)甚至灰色調(diào)。改進(jìn)的直方圖是在圖3(b),并可相對(duì)于原始圖像的直方圖如圖1(b)。后處理,直方圖是覆蓋更大范圍的灰度級(jí)(10~220和60~210)額外的像素值轉(zhuǎn)移到較深的。作為一個(gè)結(jié)果,校正后的圖像中的陰影色調(diào)顯得比原來(lái)的更深入和更豐富的,與對(duì)照的水平更高。

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在處理的下一步是γ使同時(shí)顯示光明和黑暗的在計(jì)算機(jī)顯示器上的圖像特征指數(shù)縮放調(diào)整的目的。在圖4(a)是海星標(biāo)本圖像后,伽瑪校正。調(diào)整顯示器,將用于圖像處理時(shí),伽瑪校正取決于,在部分,在顯示器上的對(duì)比度和亮度控制設(shè)置。顯示器控制使技術(shù)人員或數(shù)字藝術(shù)家改變以適應(yīng)個(gè)人不同的愛(ài)好和補(bǔ)償之間的表示格式變異伽瑪校正,如各種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)平臺(tái)的個(gè)人網(wǎng)頁(yè)瀏覽器。

為了減少或消除圖像中的隨機(jī)噪聲,一個(gè)專門(mén)的卷積核,稱為平滑濾波器經(jīng)常應(yīng)用于圖像。在大多數(shù)的圖像編輯軟件,這種類型的操作被稱為噪聲(通常是指定給灰塵和劃痕),模糊的,或高斯模糊濾波器有些算法具有用戶可配置的控制,而其他人只適用于一系列固定設(shè)置圖像。適當(dāng)?shù)钠交瑸V波器的應(yīng)用可以有效地去除噪聲,劃痕,和其他高空間頻率的文物從數(shù)字圖像。在海星標(biāo)本圖像噪聲(背景很明顯)已在圖4(b)過(guò)濾去除產(chǎn)生平滑的背景,但明顯更柔軟(越模糊)圖像特征。

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一旦噪聲和其他缺陷已經(jīng)從圖像中去除,銳化算法可以應(yīng)用于以除去其中的低頻空間信息和提高精細(xì)邊緣細(xì)節(jié)的定義。許多流行的圖像編輯程序包含一個(gè)反銳化掩模算法,是理想的用于此目的。在其他的銳化濾波器的非銳化掩模濾波的主要優(yōu)點(diǎn)之一是控制的靈活性,因?yàn)榇蠖鄶?shù)的其他過(guò)濾器不提供任何用戶可調(diào)參數(shù)。圖5(a)是海星標(biāo)本后,反銳化掩模濾波來(lái)增加邊緣細(xì)節(jié)。相比,圖4(b),這是一個(gè)高斯模糊濾鏡的應(yīng)用在相同的圖像,細(xì)節(jié)的戲劇性的增強(qiáng)是顯而易見(jiàn)的。注意不要過(guò)度使用銳化濾波器,它可以重新引入噪聲和類似的文物圖像,當(dāng)從一個(gè)極端,在邊緣產(chǎn)生嚴(yán)重的像素化。

在處理的最后一步是正確的色彩平衡和調(diào)整圖像的飽和度以去除不想要的顏色點(diǎn)和恢復(fù)圖像的顏色在顯微鏡下觀察。大多數(shù)的圖像編輯軟件的程序包含一個(gè)設(shè)置面板,使操作者調(diào)整色調(diào),飽和度,和顯微鏡拍攝的圖像色彩平衡。色算法的滑塊通過(guò)使用用于校正(或文本輸入框)可以增加或減少飽和,或過(guò)渡通過(guò)各種色調(diào)和色彩平衡比。

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在經(jīng)過(guò)圖像處理步驟已經(jīng)完成,調(diào)整后的圖像可以相對(duì)于原始圖像(見(jiàn)圖6(a)和6(b))確定多少有了提高。這是顯而易見(jiàn)的,從圖6,整體圖像的對(duì)比度,亮度和飽和度,處理后的圖像中顯著的。此外,在非均勻背景已經(jīng)被幾乎均勻灰色磨砂的替代品所取代,隨著綠色鑄造的消除。噪聲也有所降低,和精細(xì)的圖像細(xì)節(jié)明顯的銳利。

如上所述,處理步驟可以與流行的圖像編輯軟件或通過(guò)接口包含在軟件包附帶很多數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。雖然一些相機(jī)的軟件程序,包含基本的圖像處理算法,充分履行,許多更復(fù)雜的程序,專門(mén)設(shè)計(jì)用于圖像編輯包含額外的功能,可以用來(lái)創(chuàng)建特殊效果,或在任何階段的處理方案進(jìn)行測(cè)量。例如,Adobe PS圖象處理軟件包含廣泛的過(guò)濾算法,使運(yùn)營(yíng)商能夠適用于程式化特點(diǎn),去斑點(diǎn)或扭曲的形象,并添加如刷紋理和鏡頭光暈特效。事實(shí)上,這個(gè)計(jì)劃是如此全面,顯微鏡拍攝的圖像可以被渲染成完全不同的表現(xiàn)形式,它承擔(dān)的原始圖像的相似性很小。如果圖像處理的目的是恢復(fù)和科學(xué)測(cè)試或演示圖像恢復(fù),然后使用輔助圖像編輯算法應(yīng)保持在最低限度的應(yīng)用只在必要的時(shí)候。然而,如果圖像是注定要被修改為藝術(shù)的目的,然后在現(xiàn)代軟件程序的特殊效果的寬光譜可用于無(wú)關(guān)于科學(xué)的準(zhǔn)確性。