一种基于YCbCr色彩空间的二氨基联苯胺分离和评估方法与流程

本发明涉及计算机辅助的免疫组组化学染色技术领域，尤其是一种基于ycbcr色彩空间的二氨基联苯胺分离和评估方法。

背景技术：

免疫组织化学是一种非常强大的目标抗原检测方法，免疫组织化学数字图像是一个由红绿蓝(rgb)三种色彩通道组成的三维数据。计算机辅助诊断工具需要通过数学算法从三维图像中最大程度的分割出阳染色像素，并且对染色程度加以标记，通过对目标抗原组织进行染色从而使其能够在光学显微镜下可见。免疫组织化学的可靠性和多功能性使其现在被广泛应用在临床诊断和基础研究之中，二氨基联苯胺是免疫组织化学里最常用的染剂之一，它能给目标组织加以棕褐色的染色(阳染色)，使之区别于背景和苏木青染剂造成的蓝色(阴染色)，对于苏木精-二氨基联苯胺(h-dab)染色的免疫组织化学染色病理图像，量化分析阳染色(dab)的分布和染色强度可用于生物标记物定位或免疫反应评分，这在临床医学上具有重要的意义，然而目前使用的方法均基于人工对阳染色面积和强度的半定量评估，如颜色去卷积的方法、蓝色正规化的方法、对原图像矩阵进行数学变换进行阳染色分离的方法等，这些方法要么对重度阳染色的分割效果极差，要么在不同数据库上的调节比较麻烦，或者产生的图片无法给予染色浓度的量化描述，并且耗时、受制于主观错误，因此采用计算机算法对染色进行准确的分离和评定显得尤为重要。

本发明就是为了解决以上问题而进行的改进。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种针对二氨基联苯胺的染色程度跨度太大，散射频谱太宽导致难以分离的特点，采用基于亮度的多阈值技术提高分离效果，使用亮度赋值方法使最后的图片可以对染色程度进行量化描述的基于ycbcr色彩空间的二氨基联苯胺分离和评估方法。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于ycbcr色彩空间的二氨基联苯胺分离和评估方法，所述该方法的实施步骤为：

s1、获取图片，加载原始图片，获取图片的红绿蓝(rgb)三通道图像矩阵；

s2、转换到色彩空间，将步骤s1中的图像矩阵转换为ycbcr三通道图像矩阵；

s3、生成crb或cbr色度差图片，通过步骤s2中三维矩阵的色度分量而得到，继而分离出阳染色区域；

s4、设置偏值，把crb或cbr按照亮度分量通道数值n等分，每一个区间都加以偏值α；

s5、提取符号信息，提取crb或cbr图像矩阵的符号信息；

s6、对步骤s5中的信息做形态学处理；

s7、最终图像生成，根据步骤s6中处理得到的信息最终得到图像矩阵；

进一步的，所述该色彩空间为ycbcr；

更进一步的，所述步骤s2中图像矩阵转换为三维矩阵的转换公式为：

y＝(0.299×r+0.587×g+0.114×b)/255

cb＝(-0.168736×r+0.331264×g+0.5×b)/255

cr＝(0.5×r-0.418688×g-0.081312×b)/255。

其中y为亮度分量，cb和cr为色度分量；

所述y的范围为0到1，cb和cr分别为蓝色偏移和红色偏移，其范围均为-0.5到0.5；

所述步骤s3中通过cb和cr两个彩色通道的信息，得到crb或cbr色度差图像；

具体的，所述步骤s3中分离阳染色区域的公式为：

crb(x，y)＝cr(x，y)-cb(x，y)或cbr(x，y)＝cb(x，y)-cr(x，y)

其中(x，y)为图像像素的二维坐标，crb或cbr图像取值范围为-1到1；

其中，所述步骤s4中设置偏值后的分离阳染色区域的公式为：

crbⁱ(x，y)＝crⁱ(x，y)-cbⁱ(x，y)+αⁱi＝1，2...，n.或

cbrⁱ(x，y)＝cbⁱ(x，y)-crⁱ(x，y)+αⁱi＝1，2…，n；

所述步骤s5中提取crb图像矩阵的符号分离信息是通过色度差得到的二值分割结果，其公式为：

或

所述步骤s6中是针对二值分割结果做形态学处理，其实施步骤为：

y1、开运算，即先腐蚀运算，再膨胀运算，以消除图像中无关评估的细小的非组织像素；

y2、闭运算，即先膨胀运算，再腐蚀运算，以填补细胞核阳图像产生的细小空洞噪声；

所述步骤s7中处理得到的符号分离信息sign(crb)乘以反转的y数值，即可得到最后的棕褐色-蓝色(bb)图像矩阵，其公式为：

对原始红绿蓝图片矩阵通过转换到ycbcr色彩空间,并采用cb与cr通道相减获得色度差图像的方法，该方法抽取色度偏离信息特征能很好的分离阳阴性染色，从而增加系统的鲁棒性并提高分离性能；采用按照y通道等分的方式施加不同的值的偏值，以此准确的分离阳阴性染色。此方法能够有效的针对二氨基联苯胺的染色程度跨度太大，导致散射频谱太宽导致难以分离的问题；对已被按照色度分离的图片赋以亮度通道的信息，从而可以对阳染色的染色程度进行量化评估。

本发明的优点在于：本发明采用的ycbcr色彩空间最符合二氨基联苯胺和苏木青染色的颜色组成本质，能够更准确的分离阳染色区域；该方法生成的最终图像可以对染色程度进行量化描述；使用该方法可以获得比传统方法更高的分离准确度。

附图说明

图1是本发明提出的一种基于ycbcr色彩空间的二氨基联苯胺分离和评估方法中像素点在crb和亮度的二维空间的分布。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

参照图1所示，该基于ycbcr色彩空间的二氨基联苯胺分离和评估方法，所述该方法的实施步骤为：

s1、获取图片，加载原始图片，获取图片的三维图像矩阵，获取由红绿蓝色彩通道描述的三维图像矩阵；

s2、转换到色彩空间，将步骤s1中的图像矩阵转换为三维矩阵，使用itu-rbt.601标准或itu-rbt.2020标准，将获取的原始图像矩阵转换为ycbcr色彩频道描述的三维矩阵；

s3、生成crb或cbr色度差图像，通过步骤s2中三维矩阵的色度分量而得到，继而分离出阳染色区域；

s4、设置偏值，把crb或cbr按照亮度分量通道数值n等分，每一个区间都加以偏值α；

s5、提取符号信息，提取crb或cbr图像矩阵的符号信息；

s6、对步骤s5中的信息做形态学处理；

s7、最终图像生成，根据步骤s6中处理得到的信息最终得到图像矩阵；

进一步的，所述该色彩空间为ycbcr；

更进一步的，所述步骤s2中图像矩阵转换为三维矩阵的转换公式为：

y＝(0.299×r+0.587×g+0.114×b)/255

cb＝(-0.168736×r+0.331264×g+0.5×b)/255

cr＝(0.5×r-0.418688×g-0.081312×b)/255。

其中y为亮度分量，cb和cr为色度分量；

所述y的范围为0到1，cb和cr分别为蓝色偏移和红色偏移，其范围均为-0.5到0.5；

所述步骤s3中通过cb和cr两个彩色通道的信息，得到crb或cbr色度差图像；

具体的，所述步骤s3中分离阳染色区域的公式为：

crb(x，y)＝cr(x，y)-cb(x，y)或cbr(x，y)＝cb(x，y)-cr(x，y)

其中(x，y)为图像像素的二维坐标，crb或cbr图像取值范围为-1到1；

其中，所述步骤s4中设置偏值后的分离阳染色区域的公式为：

crbⁱ(x，y)＝crⁱ(x，y)-cbⁱ(x，y)+αⁱi＝1，2...，n.或

cbrⁱ(x，y)＝cbⁱ(x，y)-crⁱ(x，y)+αⁱi＝1，2…，n.

等分值n和偏值α的数值由病理学家根据不同的数据库进行设置。设置后的crb可以通过正负值正确分离出二氨基联苯胺染色像素；

所述步骤s5中提取crb图像矩阵的符号分离信息是通过色度差得到的二值分割结果，其公式为：

或

获得的二值图像sign(crb(x，y))可用以计算整个图像的阳染色比率等量化信息；

所述步骤s6中是针对二值分割结果做形态学处理，其实施步骤为：

y1、开运算，即先腐蚀运算，再膨胀运算，以消除图像中无关评估的细小的非组织像素；

y2、闭运算，即先膨胀运算，再腐蚀运算，以填补细胞核阳图像产生的细小空洞噪声；

所述步骤s7中处理得到的符号分离信息sign(crb)乘以反转的y数值，即可得到最后的棕褐色-蓝色(bb)图像矩阵，其公式为：

获得的bb(x，y)图像可用以描述图像的阳染色强度，也可针对其施加阈值，以获取强阳、中阳、弱阳的比率，此图像矩阵按照每个像素的染色程度赋值，阳染色和阴性染色之间的数值差距会依据亮度的不同而拉大；高亮度的背景像素会集中才值为1附近。bb图像就可以对阳染色程度进行量化描述。

对原始红绿蓝图片矩阵通过转换到ycbcr色彩空间，并采用cb与cr通道相减获得色度差图像的方法，该方法抽取色度偏离信息特征能很好的分离阳阴性染色，从而增加系统的鲁棒性并提高分离性能；采用按照y通道等分的方式施加不同的值的偏值，以此准确的分离阳阴性染色。此方法能够有效的针对二氨基联苯胺的染色程度跨度太大，导致散射频谱太宽导致难以分离的问题；对已被按照色度分离的图片赋以亮度通道的信息，从而可以对阳染色的染色程度进行量化评估。

本发明采用的ycbcr色彩空间最符合二氨基联苯胺和苏木青染色的颜色组成本质，能够更准确的分离阳染色区域；该方法生成的最终图像可以对染色程度进行量化描述；使用该方法可以获得比传统方法更高的分离准确度。

从图1中可以明显看出crb值可以有效的分离棕褐色和蓝色。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。