Устройство для преобразования цифровых изображений при гистологических исследованиях

Изобретение относится к специализированным средствам обработки цифровых изображений. Устройство для преобразования цифровых изображений, полученных при гистологических исследованиях, содержит: блок формирования двумерных массивов компонент X, Y и Z, вход которого соединен с выходом блока формирования и хранения исходного изображения; блок формирования нормализованных гистограммных статистик для компонент X, Y и Z, вход которого соединен с выходом блока формирования двумерных массивов компонент X, Y и Z; блок проверки гистограммных статистик, вход которого соединен с выходом блока формирования нормализованных гистограммных статистик для компонент X, Y и Z; блок приведения и преобразования в цветовое пространство LAB CIE и блок преобразования в цветовое пространство RGB, вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом блока проверки гистограммных статистик для компонент X, Y и Z, а выход - соединен с соответствующим входом блока слияния и хранения. Предлагаемое устройство расширяет функциональные возможности и может быть использовано при гистологических исследованиях, для предварительной обработки данных светочувствительной матрицы в гистограммные статистики в двух цветовых пространствах одновременно - CIELAB и RGB. 1 ил.

 

Изобретение относится к специализированным устройствам цифровой вычислительной техники и может быть использовано при гистологических исследованиях для предварительной обработки данных светочувствительной матрицы в гистограммные статистики в двух цветовых пространствах одновременно - CIELAB и RGB.

Важным и одним из самых показательных исследований при дифференциальной диагностике злокачественных новообразований являются гистологические исследования и их специализированные виды. Гистологические исследования позволяют выявить морфологические нарушения в тканях и, тем самым, дифференцировать диагноз. Для автоматизации подобных исследований, как правило, используются гистограммные статистики, которые получают на основе обработки исходных изображений.

Известны способы и устройства для преобразования изображений.

В частности, известно устройство [RU 2535184, C2, G06T 7/40, 20.07.2014], содержащее 2D камеру, выход которой подключен к входу блока регистрации изображения, выход которого подключен к входу блока построения карт градиентов, а также четыре канала обработки изображения посредством свертки матрицы указанного изображения, причем выход блока построения карт градиентов подключен к входам блоков признаков, характеризующих свертку матрицы изображения с ядрами, выходы которых подключены к входам блоков поиска локальных особенностей в каждом канале соответственно, выходы которых подключены к входам блоков хранения, синхронизация всех блоков устройства осуществляется генератором тактовых импульсов.

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности.

Известно также устройство [RU 151059, U1, G06T 1/40, 20.03.2015], содержащее последовательно расположенные объектив, микросканер, фотоприемное устройство (ФПУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), формирователь градиентов входных сигналов, сигналы с ФПУ поступают на АЦП, а сигналы с АЦП поступают на формирователь градиентов входных сигналов, при этом после формирователя градиентов входных сигналов расположен двумерный параллельный накопитель градиентов, сигналы с формирователя градиентов поступают на двумерный параллельный накопитель градиентов, кадры скорректированного изображения поступают с выхода двумерного параллельного накопителя градиентов.

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для тематического дешифрирования изображений [RU 2075780, C1, G06K 9/56, 20.03.1997], содержащее сканер, дигитайзер, блок хранения изображения, блок фильтрации, накопитель, информационный выход которого соединен с координатным входом блока фильтрации, пиксельный вход которого соединен с информационным выходом блока хранения изображения, вход записи которого подключен к выходу дигитайзера, информационный вход которого соединен с выходом сканера, блок управления и синхронизации, блок привязки, блок преобразования координат и блок сжатия координат, управляющий выход которого подключен к первому синхровходу блока управления и синхронизации, второй синхровход которого подключен к инициализирующему входу блока сжатия координат и инициализирующему выходу блока преобразования координат, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока сжатия координат, управляемый вход которого соединен с первым счетным выходом блока управления и синхронизации, индексный выход которого подключен к индексному входу блока преобразования координат, координатный вход и информационный выход которого соединены соответственно с информационным выходом блока привязки и адресным входом накопителя, вход чтения которого соединен со считывающим выходом блока привязки и входом чтения блока хранения изображения, считывающий вход которого подключен к первому управляющему выходу блока управления и синхронизации и считывающему входу накопителя, координатный выход которого соединен с координатным входом блока привязки, инициализирующий вход и управляющий выход которого соединены соответственно с вторым счетным выходом и третьим синхровходом блока управления и синхронизации, второй управляющий выход которого соединен с синхронизирующим входом дигитайзера и синхронизирующим входом блока хранения изображения, пиксельный выход и адресный вход которого соединены соответственно с пиксельным входом блока привязки и с адресным выходом блока сжатия координат.

Недостатком наиболее близкого технического решения являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку хотя оно и позволяет произвести преобразование изображения, но не позволяет получить при этом гистограммные статистики исходного изображения в двух цветовых пространствах одновременно - CIELAB и RGB, что имеет важное прикладное значение для гистологических исследований.

Задача, которая решается в предложенном изобретении, направлена на расширение функциональных возможностей устройства для обеспечения возможности получения гистограммных статистик исходного изображения в двух цветовых пространствах одновременно - CIELAB и RGB.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства путем введения дополнительного арсенала технических средств, обеспечивающих возможности получения гистограммных статистик исходного изображения в двух цветовых пространствах одновременно - CIELAB и RGB.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее блок формирования и хранения исходного изображения, а также блок слияния и хранения, согласно изобретению введены блок формирования двумерных массивов компонент X,Y и Z, вход которого соединен с выходом блока формирования и хранения исходного изображения, блок формирования нормализованных гистограммных статистик для компонент X,Y и Z, вход которого соединен с выходом блока формирования двумерных массивов компонент X,Y и Z, блок проверки гистограммных статистик, вход которого соединен с выходом блока формирования нормализованных гистограммных статистик для компонент X,Y и Z, а также блок приведения и преобразования в цветовое пространство LAB CIE и блок преобразования в цветовое пространство RGB, вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом блока проверки гистограммных статистик для компонент X,Y и Z, а выход - соединен с соответствующим входом блока слияния и хранения.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для преобразования цифровых изображений при гистологических исследованиях.

Устройство для преобразования цифровых изображений при гистологических исследованиях содержит блок 1 формирования и хранения исходного изображения, а также блок 2 слияния и хранения.

Кроме того, устройство для преобразования цифровых изображений при гистологических исследованиях содержит блок 3 формирования двумерных массивов компонент X,Y и Z, вход которого соединен с выходом блока 1 формирования и хранения исходного изображения, блок 4 формирования нормализованных гистограммных статистик для компонент X,Y и Z, вход которого соединен с выходом блока 3 формирования двумерных массивов компонент X,Y и Z, блок 5 проверки гистограммных статистик, вход которого соединен с выходом блока 4 формирования нормализованных гистограммных статистик для компонент X,Y и Z, а также блок 6 приведения и преобразования в цветовое пространство LAB CIE и блок 7 преобразования в цветовое пространство RGB, вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом блока 5 проверки гистограммных статистик для компонент X,Y и Z, а выход - соединен с соответствующим входом блока 2 слияния и хранения.

Устройство содержит элементы, охарактеризованные на функциональном уровне, и описываемая форма их реализации предполагает использование программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, поэтому при описании работы устройства представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения таким средством конкретной предписываемой ему в составе данного устройства функции, в т.ч. соответствующие математические выражения, описывающие эти функции.

Устройство для преобразования цифровых изображений при гистологических исследованиях работает следующим образом.

Блок формирования и хранения исходного изображения регистрирует изображение, получаемое, например, на выходе микроскопа и, при необходимости, преобразует его в цифровой вид (в виде матрицы, имеющей чувствительность к диапазону длин волн от 350 до 1100 Нм), после чего изображение приобретает дискретный вид. На выходе получаем многомерный массив дискретных значений для каждого физического элемента изображения, в котором указаны следующие признаки:

- пространственные координаты (x, у);

- уровень яркости в диапазоне дискретных значений [0,1,…,L-1];

- признак цвета - одно из трех значений: X (красный), Y (зеленый) или Z (голубой).

В блоке 3 формирования двумерных массивов компонент X,Y и Z многомерный массив дискретных значений для каждого физического элемента изображения разделяется на три двумерных массива, каждый из которых описывает свой цвет.

При преобразовании можно воспользоваться стандартными для цветового пространства CIE формулами в дискретном виде:

где:

- функция чувствительности XYZ для стандартного наблюдателя;

φ(λ) - функция плотности распределения яркости (интенсивности) или другой световой величины;

X, Y, Z - координаты цвета в XYZ пространстве.

Далее каждый из трех двумерных массивов, сформированных в блоке 3, поступает в блок 4 формирования нормализованных гистограммных статистик для компонент X,Y и Z, где формируются нормализованные гистограммные статистики для X, Y, Z компонентов с использованием соотношения:

где:

r_k - k-й уровень яркости из диапазона [0,1,……,L-1];

n_k - число пикселей на изображении, имеющих яркость r_k;

n - общее число элементов в массиве значений.

Полученные гистограммные статистики для X, Y, Z компонентов проходят следующую проверку в блоке 5 проверки гистограммных статистик:

при

где:

$$\frac{{\text{n}}_{\text{i}}}{\text{n}}$$ - нормализованные значения гистограммы для каждого уровня яркости k из диапазона [0, 1,…, L-1];

n - общее количество пикселей.

Если сумма всех нормализованных значений $$\frac{{\text{n}}_{\text{i}}}{\text{n}}$$ для каждого уровня яркости k, которые удовлетворяют условию $$n_i\ge \frac{\text{n}}{\text{100}}$$ , больше 0,4, то такая гистограммная статистика подлежит приведению в блоке 6, если нет, то двумерный массив передается в блок 7.

В блоке 6 приведения и преобразования в цветовое пространство LAB выполняется автоматический расчет по выражению

и результаты расчетов записываются во временный массив данных.

В соответствии с настройками микроскопа, формирующего исходное изображение, поступающее в блок 1, устанавливаются значения для p_z(z), после чего вычисляется функция преобразования в соответствии с соотношением

которые записываются во временный массив данных.

После этого перебираются все элементы для каждой компоненты цвета в отдельности X, Y, Z и с помощью выражения

производится отображение значений r_k в результирующее значение z_k или отображение значений s_k в результирующее значение z_k.

Далее производится преобразование X, Y, Z компонент в цветовое пространство LAB CIE.

Для этого применяются стандартные значения для X, Y, Z и вычисляются нормированные значения для каждой компоненты цвета:

Далее, используя выражения

вычисляются значения для цветового пространства LAB CIE, при вычислении принять следующие константы: ε=216/24389, κ=24389/27.

В блоке 7 производится преобразование X, Y, Z компонент в цветовое пространство RGB, которое осуществляется с использованием выражения

где, [М]^-1 - обратная матрица от матрицы

В результате в блоке 2 слияния и хранения заносятся и хранятся для дальнейшего анализа и обработки матрицы со значениями для следующих цветовых моделей: AdobeRGB (1998), ECI RGB, CIE RGB, sRGB, Wide Gamut RGB.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства путем введения дополнительного арсенала технических средств, обеспечивающих возможности получения гистограммных статистик исходного изображения в двух цветовых пространствах одновременно - CIELAB и RGB.

Таким образом, благодаря введению дополнительного арсенала технических средств достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, поскольку в устройстве обеспечивается дополнительная функция - реализована возможность получения гистограммных статистик исходного изображения в двух цветовых пространствах одновременно - CIELAB и RGB.

Устройство для преобразования цифровых изображений при гистологических исследованиях, содержащее блок формирования и хранения исходного изображения, а также блок слияния и хранения, отличающееся тем, что введены блок формирования двумерных массивов компонент X, Y и Z, вход которого соединен с выходом блока формирования и хранения исходного изображения, блок формирования нормализованных гистограммных статистик для компонент X, Y и Z, вход которого соединен с выходом блока формирования двумерных массивов компонент X, Y и Z, блок проверки гистограммных статистик, вход которого соединен с выходом блока формирования нормализованных гистограммных статистик для компонент X, Y и Z, а также блок приведения и преобразования в цветовое пространство LAB CIE и блок преобразования в цветовое пространство RGB, вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом блока проверки гистограммных статистик для компонент X, Y и Z, а выход - соединен с соответствующим входом блока слияния и хранения.