专利名称：基于二次曲面的微纳物体图像倾斜校正方法
技术领域：
本发明涉及一种微纳物体图像倾斜校正方法，特别涉及一种基于二次曲面的微纳物体图像倾斜校正方法，属于图像处理技术领域。
背景技术：
激光扫描显微镜是建立在光学显微镜及各种扫描显微镜基础上的一种新型的扫描成像系统。利用聚焦的激光束在样品表面扫描，同时利用光电检测器件接收样品反射光(或透射光)，样品结构的变化使反射光(或透射光)强度改变，因而使光电检测器的输出电流改变，经信号处理，同步显示在计算机屏幕上。由于被测样品属于微纳物体，在测量时如果置物台有灰尘等杂物可能造成微纳物体在置物台上放置倾斜，或是由于采集时光线等各种外界原因造成数据误差而显得微纳物体倾斜，甚至是由于微纳物体在保存时发生了变形等原因造成倾斜，都会导致测量时得到的数据不够准确。在测量时为了得到的数据尽可能的接近被测样品原来真实的情况，所以需要对采集到的数据进行倾斜校正处理，使得到的图像更加准确的反应出被测样品的实际情况。现有技术中的图像倾斜校正处理方法都是针对平面图像进行倾斜校正，比如扫描文档的倾斜校正、车牌的倾斜校正、二维码的倾斜校正。这些倾斜校正方法主要是对这些图像的边缘进行识别，判断是否需要倾斜校正，且对采样得到的图像仅进行X方向和y方向简单的旋转倾斜校正，并没有在z方向进行实质性的倾斜校正。在使用激光扫描显微镜对微纳物体扫描成像的系统中，得到的是物体的三维立体坐标，使用现有的倾斜校正方位，经过倾斜校正后的数据和图像仍不能准确反应被测样品的实际情况。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的问题，提供一种能够有效解决三维图像倾斜校正问题的方法。本发明所基于的思想是如果微纳物体只是由于放置不平等原因出现了倾斜，但是表面并未发生变形，则可以通过测量数据拟合出一个倾斜平面，以此来进行倾斜校正。这种基于平面的倾斜校正方法的思路如图1所示，根据微纳物体上表面的实际测量数据得到一个拟合平面，再根据微纳物体的实际情况确定一个标准平面，拟合平面上每一点的高度数据都可以经过一个过程而变换至标准面上，同时将测量得到的高度数据经过同一个过程进行变换后得到校正数据，此时就认为这个校正数据是物体的实际高度值。因为拟合面是根据测量数据经过计算拟合得到，所以认为拟合面的倾斜程度与被测样品的倾斜程度相同。所以拟合面的倾斜校正过程就是被测数据的倾斜校正过程。但是用显微镜测量的微纳物体有时会发生变形，如生物细胞在保存时可能会发生变形，此时首先需要将变形的测量数据恢复原形。针对表面发生变形的情形，本发明基于的思想如图2所示，曲面倾斜校正方法的拟合面是一个二次曲面，这个二次曲面即被认为是物体的变形程度。要把这个二次曲面恢复为平面，首先需要根据倾斜校正图像得到一个比较接近物体采集数据被失真变形前样子的拟合斜面，称为拟合斜面I。得到拟合斜面I之后我们需要将测量数据通过一个过程恢复为未变形之前的数据，这个过程与把拟合曲面压平到拟合斜面I上的过程相同。这样，我们就得到了一组新的计算数据，这组数据是倾斜的、不弯曲变形的数据。然后需要根据与基于平面的倾斜校正方法相同的步骤将这组数据进行平面拟合，得到一个拟合斜面和标准平面，这个斜面称为拟合斜面2，然后通过将拟合斜面2变换到标准平面的变换过程处理这组新得到的不弯曲变形的计算数据。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种基于二次曲面的图像倾斜校正方法，包括以下步骤对获取的图像数据进行数据提取，以获得被测物体上表面每个点的高度数据；用户判断高度图像是否倾斜，是否需要进行倾斜校正；若需要进行倾斜校正，则执行如下步骤I)通过使用被测样品上表面的高度数据获得一个拟合二次曲面；2)根据被测样品上表面的高度数据计算得到一个拟合斜面一；3)用把拟合二次曲面恢复到拟合斜面一的过程来变换被测样品的高度数据，得到一组新的被测样品上表面数据，这组新的被测样品上表面数据就是没有变形的被测样品的高度数据；4)根据新的被测样品上表面数据，拟合出一个倾斜平面二，并确定一个标准平面，将拟合斜面二上每一点的高度数据都经过一个过程而变换至标准面上，同时将新的被测样品上表面数据的每个点的高度数据经过同一个过程进行变换后得到校正数据，从而实现对微纳物体三维图像的倾斜校正。有益效果本发明提供的方法可以有效实现弯曲变形的、倾斜的微纳物体三维图像z方向实质性的倾斜校正，使得到的图像更加准确的反应出被测样品的实际情况。
图1为基于平面的图像倾斜校正方法的原理示意图；图2为基于二次曲面的图像倾斜校正方法的原理示意图；图3为本发明图像倾斜校正方法步骤流程图；图4为本发明图像倾斜校正方法步骤102的具体流程图；图5为本发明图像倾斜校正方法步骤1041的具体流程图。图6为本发明图像倾斜校正方法步骤1042的具体流程图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。图3为本发明图像倾斜校正方法实施例的流程图。如图3所示，本实施例图像倾斜校正方法，包括:步骤101、对采样得到的图像信息进行提取以获得被测样品的高度数据。具体而言，本实施例中的步骤101对获取的图像信息进行处理，并从图像信息中提取到被测样品的高度数据。本实施例以差动共焦显微镜为例进行说明，通过差动共焦显微镜上设置的摄像头等图像获取设备，获得置物台上被测样品的图像信息，包括样品上表面每个点的高度数据、亮度数据等。然后，提取图像信息中的高度数据。步骤102、将高度数据进行色板映射，获得高度图像，其目的是通过观察高度图像，判断被测样品是否倾斜，高度图像及数据是否需要进行倾斜校正。具体而言，通过步骤101获得被测样品的高度数据后，通过步骤102对获得的高度数据进行色板映射处理，使处理后的图像变为彩色的高度图像。步骤103、用户在X方向和y方向分别确定一条直线，获取直线切割处的高度数据，画出高度折线图。根据得到的高度图像以及剖面高度折线图，用户可以很容易的确定高度图像是否为倾斜的·，若高度图像倾斜，则由用户选择使用哪种方法对高度数据和高度图像进行倾斜校正。步骤104、选择倾斜校正的方法之后，通过步骤104进行倾斜校正。具体而言，当通过步骤103得知获得的被测样品的高度图像为倾斜状态后，则可以判断被测样品为倾斜状态，需要对倾斜的高度图像进行倾斜校正处理，则通过步骤104对被测样品的高度图像进行校正处理，以获得无倾斜角度的被测样品的高度图像和高度数据，以便后续程序根据无倾斜角度的高度图像获得被测样品的真实数据进行进一步的处理。基于上述技术方案，可选的，如图4所示，本实施例中的步骤102具体包括如下步骤:步骤1021、将被测样品的高度数据映射到某个高度域内。具体的，步骤1021对步骤101获得的被测样品的高度数据进行处理，从而获得被测样品高度最大值和最小值，并将其分段成为一些连续的高度域，被测样品每个点上的高度数据都能对应到某个高度域内。步骤1022、将每个高度域都对应色板上的某个对应的颜色。具体的，通过步骤1021将被测样品的高度数据映射到某个高度域内，根据高度域的数量将色板的颜色分区，将高度域与色板上的颜色--对应。步骤1023、在高度图像的对应点上记录色板上对应的颜色。具体的，通过步骤1021和步骤1022后根据高度数据对应到的颜色记录在高度图像对应点上。步骤1024、根据高度图像记录的色彩信息渲染出高度图像。本实施例图像倾斜校正方法，由用户判断高度图像是否倾斜，并选择手动或自动的倾斜校正方法。基于上述技术方案，可选的，本实施例中的步骤103具体包括如下步骤:步骤1031、具体的，通过步骤102得到被测样品的高度图像后，会将其渲染并显示出来。步骤1032、会根据用户选择的位置获取被测样品的剖面高度数据并渲染高度折线图。具体的，用户在X方向和y方向分别确定一条直线，获取直线切割处的高度数据，画出高度折线图。步骤1033、根据步骤1031得到的高度图像以及步骤1032得到的剖面高度折线图，用户可以很容易的确定高度图像是否为倾斜的，得知高度图像是倾斜的后，需要通过步骤104进行倾斜校正处理。本实施例倾斜校正方法通过手动或自动拟合的方法得到被测样品的倾斜角度，倾斜角度是倾斜面与标准面的夹角。然后用把倾斜面变换至标准面的过程去变换被测样品的高度数据和高度图像，这样就得到被测样品不倾斜的真实数据。基于上述技术方案，可选的，如图5、图6所示，本实施例中的步骤1041、步骤1042具体包括如下步骤:步骤1041通过基于二次曲面的微纳物体自动倾斜校正方法对被测样品的高度数据和高度图像进行倾斜校正。具体包括如下步骤:步骤10411、通过使用被测样品的高度数据进行最小二乘法拟合从而获得一个拟合二次曲面；曲面的方程被定义为z = Ax2+By2+Cx+Dy+Exy+F,定义空间中采集到的点集的坐标为
权利要求
1.一种基于二次曲面的图像倾斜校正方法，其特征在于，包括以下步骤: 对获取的图像数据进行数据提取，以获得被测物体上表面每个点的高度数据； 用户判断高度图像是否倾斜，是否需要进行倾斜校正； 若需要进行倾斜校正，则执行如下步骤: 1)通过使用被测样品上表面的高度数据获得一个拟合二次曲面； 2)根据被测样品上表面的高度数据计算得到一个拟合斜面一； 3)用把拟合 二次曲面恢复到拟合斜面一的过程来变换被测样品的高度数据，得到一组新的被测样品上表面数据，这组新的被测样品上表面数据就是没有变形的被测样品的高度数据； 4)根据新的被测样品上表面数据，拟合出一个倾斜平面二，并确定一个标准平面，将拟合斜面二上每一点的高度数据都经过一个过程而变换至标准面上，同时将新的被测样品上表面数据的每个点的高度数据经过同一个过程进行变换后得到校正数据，从而实现对微纳物体三维图像的倾斜校正。
2.根据权利要求1所述的一种基于二次曲面的图像倾斜校正方法，其特征在于，所述标准平面采用测量得到的所有采样点的高度值的平均值即
3.根据权利要求1或2所述的一种基于二次曲面的图像倾斜校正方法，其特征在于，将高度数据进行色板映射，获得高度图像，方便用户直观的判断图像是否倾斜。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于二次曲面的图像倾斜校正方法，其特征在于，根据用户选择的位置获取被测样品的剖面高度数据并渲染高度折线图，即用户在X方向和y方向分别确定一条直线，获取直线切割处的高度数据，画出高度折线图，方便用户直观的判断图像是否倾斜。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于二次曲面的图像倾斜校正方法，其特征在于，所述获得拟合二次曲面的方法为通过最小二乘法拟合获得一个拟合二次曲面。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于二次曲面的图像倾斜校正方法，其特征在于，所述获得拟合二次曲面的方法为在X = a或y = b的剖面上，得到被测样品的剖面高度折线图，在X方向和I方向上分别进行倾斜校正，从而获得拟合的二次曲面。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于二次曲面的图像倾斜校正方法，其特征在于，获得拟合斜面一的方法为:用户在倾斜校正图像显示界面中，根据穿过中心点的十字形红线得到五个点，这五个点分别在图像的上下左右四条边界和图像的中心上，用这五个点来得到一个拟合斜面。
全文摘要
本发明涉及一种基于二次曲面的图像倾斜校正方法，包括以下步骤获得被测物体上表面每个点的高度数据；用户判断高度图像是否倾斜；若需要进行倾斜校正，则执行如下步骤1)获得一个拟合二次曲面；2)根据被测样品上表面的高度数据得到拟合斜面一；3)用把拟合二次曲面恢复到拟合斜面一的过程变换被测样品的高度数据；4)根据新的被测样品上表面数据，拟合出倾斜平面二，并确定一个标准平面，将拟合斜面二上每一点的高度数据都经过一个过程而变换至标准面上，同时将新的被测样品上表面数据的每个点的高度数据经过同一个过程进行变换后得到校正数据。本发明可以有效实现弯曲变形的、倾斜的微纳物体三维图像的倾斜校正，使图像准确反应被测样品的实际情况。
文档编号G06T3/60GK103077513SQ201210465089
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者金福生, 安婧雯, 宋红 申请人:北京理工大学