专利名称：数字病理图像中的颜色像素数据的有效表达和处理的方法
技术领域：
本发明涉及图像处理领域。更具体地讲，本发明涉及表达并处理数字病理图像中的颜色像素数据的有效方法。
背景技术：
通常以二进制数字的三个排列的形式显示颜色数字图像。每个排列(或者“图像平面”)表达根据公知的三元色理论的合适的颜色坐标系统的轴。数字图像中的像素的颜色由来自每个排列的关联的二进制数字进行定义(定义来自颜色坐标系统的三个颜色分量之
—X用于表达数字图像的数据量可以是极大的。例如，如果在计算机中通过三个8位数字的图像平面表达像素，则1024X1024像素的颜色数字图像需要3兆字节的存储空间。在计算机中表达数字图像所需的大数据量能够导致与增加的存储容量需求以及向另一个计算装置发送数据所需的计算资源和时间二者关联的大量开销。在努力降低这些开销的过程中，已经发展了数字图像压缩技术。这些数字图像压缩技术通常能够用于减小在计算机中表达数字图像所需的数据量。这些技术还能够减小与存储和发送数字图像关联的计算开销。然而，存在能够使用这些压缩技术招致的例如下降质量的大量开销。
发明内容
本文描述了颜色数字病理图像(DPI)的有效表达，这是通过利用对这些图像唯一的属性实现的。该方法将数据分解成组成部分，这些组成部分的相对重要性能够进行指定，从而使得以更少位精度、更少空间分辨率或更少谱分辨率准确表达数据。该方法能够使用的两个特定区域包括:(I)更加有效图像压缩和(2)更加有效数据处理。通过向不重要颜色分配较少位实现有效数据压缩。通过仅仅处理被认为重要的这些颜色或者颜色的组合实现有效数据处理。在一个方面中，一种在装置中的控制器中编程的表达数字病理图像的方法，包括:执行色斑分离以分离包括至少一个颜色分量的色斑；以及基于重要性对至少一个颜色分量进行再采样。该方法还包括对至少一个再采样的颜色分量应用线性变换。该方法还包括图像编码并且组合编码的图像和色斑矢量信息以产生压缩的图像。图像编码包括基于离散余弦变换或尚散小波变换系数的量化的压缩。色斑分尚分尚包括至少两个颜色分量的色斑。再采样包括减少用于表达采样值的位的数目。从由个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主框计算机、手持计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数字相机、数字放像机、相机电话、iPod /iPhone/iPad、视频播放器、dvd写入器/播放器、蓝光 写入器/播放器、电视机、家庭娱乐系统和扫描仪组成的组中选择所述装置。在另一个方面中，一种在装置中的控制器中编程的编码数字病理图像的方法，包括:执行色斑分离以分离包括至少两个颜色分量的色斑；基于重要性对至少两个颜色分量进行再采样；向至少两个再采样的颜色分量应用线性变换以生成变换的数据；将变换的数据编码成编码的数据；以及组合编码的数据和色斑矢量信息以产生压缩的图像。图像编码包括基于离散余弦变换或离散小波变换系数的量化的压缩。再采样包括减少用于表达采样值的位的数目。从由个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主框计算机、手持计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数字相机、数字放像机、相机电话、iPod /iPhone/iPad、视频播放器、dvd写入器/播放器、蓝光.⑧写入器/播放器、电视机、家庭娱乐系统和扫描仪组成的组中选择所述装置。在另一个方面中，一种在装置中的控制器中编程的通过使用色斑分离降低处理数字病理图像的计算复杂度的方法，包括:执行色斑分离以将色斑分离成颜色分量；执行用于为每个颜色分量确定权重的重要性加权以生成单个颜色分量；处理单个颜色分量；以及使用经处理的单个颜色分量和附加信息聚集输出。处理包括执行扩展的景深。附加信息包括原始RGB信息。附加信息包括颜色分量。在另一个方面中，一种在装置中的控制器中编程的编码数字病理图像的设备，包括:色斑分离模块，用于分离色斑分量；再采样模块，用于基于重要性对色斑分量进行再采样；变换模块，用于向再采样的色斑分量应用线性变换以生成变换的数据；编码模块，用于编码变换的数据；以及组合模块，用于组合编码的图像和色斑矢量信息以产生压缩的图像。图像编码包括基于离散余弦变换或离散小波变换系数的量化的压缩。再采样包括减少用于表达采样值的位的数目。从由个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主框计算机、手持计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数字相机、数字放像机、相机电话、iPod /iPhone/iPad、视频播放器、dvd写入器/播放器、蓝光 写入器/播放器、电视机、家庭娱乐系统和扫描仪组成的组中选择所述设备。在另一个方面中，一种设备，包括:存储器，用于存储应用，该应用用于执行色斑分离以分离包括至少一个颜色分量的色斑并且基于重要性对至少一个颜色分量进行再采样；以及处理部件，耦合到存储器，该处理部件被构造为处理该应用。该应用还用于向至少一个再采样的颜色分量应用线性变换。该应用还用于图像编码并且组合编码的图像和色斑矢量信息以产生压缩的图像。图像编码包括基于离散余弦变换或离散小波变换系数的量化的压缩。色斑分离分离包括至少两个颜色分量的色斑。再采样包括减少用于表达采样值的位的数目。在一些实施例中，该设备包括相机。在另一个方面中，一种在装置中的控制器中编程的产生数字病理图像的方法，包括:解码图像以产生变换的颜色分量；向变换的颜色分量应用逆向线性变换以产生再采样的颜色分量；对再采样的颜色分量进行再采样以生成色斑颜色分量；以及组合色斑颜色分量与附加信息以产生数字病理图像。附加信息包括色斑矢量信息。从由个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主框计算机、手持计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数字相机、数字放像机、相机电话、iPod /i Phone/iPad、视频播放器、dvd写入器/播放器、蓝光写入器/播放器、电视机、家庭娱乐系统和扫描仪组成的组中选择所述装置。
图1示出了自然图像的例子。图2示出了包括公共名称的几个公共颜色子采样可能性。图3示出了根据一些实施例的实例DPI图像。图4示出了根据一些实施例的图3的图像的色斑分离结果。图5示出了根据一些实施例的色斑分离过程。图6示出了根据一些实施例的色斑组合过程。图7示出了根据一些实施例的通过重新采样色斑颜色平面的有效数据表达。图8示出了根据一些实施例的对色斑分离的DPI图像使用图像编码。图9示出了根据一些实施例的通过利用色斑分离结果如何减小计算复杂性。图10示出了根据一些实施例的被构造为对数字病理图像中的颜色像素数据的执行表达和处理的示例性计算装置的框图。图11示出了根据一些实施例的色斑组合的例子。图12示出了根据一些实施例的包括三个颜色平面的示例性原始图像。图13示出了根据一些实施例的具有两个颜色平面的示例性变动图像。
具体实施例方式存在可用于获取视觉数据的多样颜色空间。不损失一般性，在本文中假设对相机和扫描仪是公共的标准RGB (红色、绿色、蓝色)表达。本文所述的技术一样地应用于诸如多频谱或超频谱(使用超过三个的频带)的其它颜色表达。在消费类电子工业中在压缩或处理之前将像素数据从RGB空间转换到另外的空间是普通的。一个这种替代空间是已知为YCbCr的亮度-色度表达，它是如下的线性变换:Y=0.299R+0.587G+0.114BCb=-0.1687R-0.3313G+0.5B+128(I)Cr=0.5R-0.4187G-0.0813B+128.
关于以上定义的变化存在但不改变这个技术的实质。Y颜色元素表示亮度，它的以上系数被初始选择为近似人视觉系统(HVS)的灰阶强度的感觉。Cb和Cr颜色元素已知为色度或色差。简化的亮度-色度近似是在JPEG2000标准中定义的可逆颜色变换，并且由医疗中的数字成像和通信(DICOM)采用。Yr=Floor ((R+2G+B) /4)Cbr=B-G(2)Crr=R-G.
“Floor”函数四舍五入到它的自变量的最近整数值，并且下标“r”指示Y、Cb和Cr是与在方程(I)中给出的传统定义不同的“可逆”量。存在应用于特定应用域中的其它普通颜色空间，例如青色、洋红、黄色、黑色(CMYK)、色调、饱和度、值(HSV)、色调、饱和度、明度(HSL)等等。基于数据压缩的观点，这些其它颜色空间中的大部分是不可用的。YCbCr颜色空间由主图像和视频压缩标准体(例如，JPEG和MPEG)进行使用，在以上方程(I)中所示。从RGB到YCbCr的转换没有通过自身减小表达像素所需的位的数目，这是因为每个颜色分量(R、G、B或Y、Cb、Cr)通常由8位进行表达。对于例如图1的自然图像，HVS的属性允许以感觉质量的最小损失对Cb和Cr颜色通道进行空间子采样。图2示出了包括公共名称的几个公共颜色子采样可能性。这种子采样对于自然图像内容是非常有效的，并且先于明确压缩技术(例如空间变换编码，如基于块的DCT或基于小波的方法)或其它处理减小数据表达的变换。这些数字使用视频编码的术语；当与静止图像编码相比较存在微小差别。在图2中，4:4:4颜色格式指示所有三个颜色分量处于相等分辨率，而例如4:2:2颜色格式的Cb和Cr分量相对于Y分量具有一半的水平分辨率和完全垂直分辨率。如上所示的颜色子采样可能具有由于自然图像和HVS的属性导致的主观视觉质量的最小损失。如图2所示的子采样的颜色表达清楚地减小了数据的大小，并且基于Y分量对于观众是最重要分量的假设。这些表达还可以减小处理视觉数据的算法的计算复杂性。一个明显减小是基于要进行处理的数据量的下降；例如，4:2:0表达仅仅具有完全分辨率表达的数据的一半。通过仅仅对Y颜色分量执行某处理实现另一种普通减小，这是基于Y分量的首要重要性的假设进行证明的。遍及图像和视频处理共同体，仅仅处理亮度平面并且忽视色度平面是非常普通的。一个例子(许多例子之中)是视频运动估计，其中，只通过考虑Y颜色分量确定视频帧之间的运动对应关系。在这些情况下，处理的数据量只是原始数据量的三分之一。标准方法的不完备性尽管子采样的YCbCr颜色空间对于自然场景工作良好，但是它不适于通常在数字病理中遇到的图像。由于被引入用于增强对比度并且区分生理特征的人造色斑，对于数字病理图像(DPI)的颜色的分布和重要性与对于自然图像相比非常不同。例如，4:2: OYCbCr子采样方案假设蓝色和红色通道没有绿色通道重要；然而，对于图3中的DPI图像，红色和蓝色实际上是最重要的颜色(其中，背景通常是白色，锯齿线是红色并且通常圆形团是蓝色的)，并且人工降低它们的质量是有害的。这里，由于DPI图像的特殊属性，YCbCr颜色空间的标准子采样是不完备的。标准颜色子采样技术假设“自然”场景内容。然而，病理图像含有取决于使用的特殊染色剂的人造颜色，这又取决于病理学家的分析的他觉。在图3所示的例子中，使用已知为IHC (免疫组织化学技术)的流行着色方法，这广泛应用于诸如在癌的肿瘤中发现的异常细胞的诊断中。IHC也广泛应用于基础研究中以理解生物标志物的分布和定位以及生理组织的不同部分中的不同形式表达的蛋白质。存在许多不同的着色方法，并且没有能够有效表达对应颜色的多样性的一个子采样的颜色空间。接下来讨论如何分析DPI图像中存在的色斑颜色，并且接下来的部分将这些结果应用于有效数据表达和处理。色斑分离在生物医学领域中，色斑(染料)频繁用于视觉增强指定的生理物质(例如，核子、细胞质、膜、其它结构和特定蛋白质)。多个着色的幻灯片通常用于发现不同生理标志物的共同存在或共同定位。当前，大部分的色斑基于在某位置处沉积的量吸收光。在光学中，朗博-比尔定律将光的吸收与光通过的材料的属性进行关联。该定律陈述了光通过物质的传输与物质的吸收系数和光通过物质的距离的乘积之间的对数关系。I表不通过米样的光的强度(传输的光强度)，10表不在光进入米样之前的光的强度(入射光强度)，AD表示物质的吸收系数与光传播距离的乘积。针对每个颜色通道，朗博-比尔定律能够被描述为下面等式。I=IciKTad(3)由于对于幻灯片光通过材料的距离实际上是常数，所以乘积值AD实际表示色斑的沉积(量)。因此，每个通道中光的传输与色斑量成非线性关系。结果，图像强度值不能够直接用于分离。然而，如果乘积值AD被表达为下面方程(4)，则每个通道的AD与色斑量成线性关系。基于这种线性关系，能够实现多个色斑的贡献的分离。
权利要求
1.一种在装置中的控制器中编程的表达数字病理图像的方法，包括: a.执行色斑分离以分离包括至少一个颜色分量的色斑；以及 b.基于重要性对至少一个颜色分量进行再采样。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括对至少一个再采样的颜色分量应用线性变换。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括图像编码并且组合编码的图像和色斑矢量信息以产生压缩的图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，图像编码包括基于离散余弦变换或离散小波变换系数的量化的压缩。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，色斑分离分离包括至少两个颜色分量的色斑。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，再采样包括减少用于表达采样值的位的数目。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，从由个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主框计算机、手持计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数字相机、数字放像 机、相机电话、iPod /iPhone/'iPad、视频播放器、DVD写入器/播放器、蓝光 写入器/播放器、电视机、家庭娱乐系统和扫描仪组成的组中选择所述装置。
8.—种在装置中的控制器中编程的编码数字病理图像的方法，包括: a.执行色斑分离以分离包括至少两个颜色分量的色斑； b.基于重要性对至少两个颜色分量进行再采样； c.向至少两个再采样的颜色分量应用线性变换以生成变换的数据； d.将变换的数据编码成编码的数据；以及 e.组合编码的数据和色斑矢量信息以产生压缩的图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，图像编码包括基于离散余弦变换或离散小波变换系数的量化的压缩。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，再采样包括减少用于表达采样值的位的数目。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，从由个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主框计算机、手持计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数字相机、数字放像机、相机电话、iPod /iPhone/iPad、视频播放器、dvd写入器/播放器、蓝光 写入器/播放器、电视机、家庭娱乐系统和扫描仪组成的组中选择所述装置。
12.一种在装置中的控制器中编程的通过使用色斑分离降低处理数字病理图像的计算复杂度的方法，包括: a.执行色斑分离以将色斑分离成颜色分量； b.执行用于为每个颜色分量确定权重的重要性加权以生成单个颜色分量； c.处理单个颜色分量；以及 d.使用经处理的单个颜色分量和附加信息聚集输出。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，处理包括执行扩展的景深。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，附加信息包括原始RGB信息。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，附加信息包括颜色分量。
16.一种在装置中的控制器中编程的编码数字病理图像的设备，包括:a.色斑分离模块，用于分离色斑分量； b.再采样模块，用于基于重要性对色斑分量进行再采样； c.变换模块，用于向再采样的色斑分量应用线性变换以生成变换的数据； d.编码模块，用于编码变换的数据；以及 e.组合模块，用于组合编码的图像和色斑矢量信息以产生压缩的图像。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，图像编码包括基于离散余弦变换或离散小波变换系数的量化的压缩。
18.根据权利要求16所述的设备，其中，再采样包括减少用于表达采样值的位的数目。
19.根据权利要求16所述的设备，其中，从由个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主框计算机、手持计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数字相机、数字放像机、相机电话、iPod /iPhone/iPad、视频播放器、dvd写入器/播放器、蓝光 写入器/播放器、电视机、家庭娱乐系统和扫描仪组成的组中选择所述设备。
20.—种设备,包括: a.存储器，用于存储应用，所 述应用用于: 1.执行色斑分离以分离包括至少一个颜色分量的色斑；以及 i1.基于重要性对至少一个颜色分量进行再采样；以及 b.处理部件，耦合到存储器，所述处理部件被构造为处理所述应用。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述应用还用于向至少一个再采样的颜色分量应用线性变换。
22.根据权利要求20所述的设备，其中，所述应用还用于图像编码并且组合编码的图像和色斑矢量信息以产生压缩的图像。
23.根据权利要求22所述的设备，其中，图像编码包括基于离散余弦变换或离散小波变换系数的量化的压缩。
24.根据权利要求20所述的设备，其中，色斑分离分离包括至少两个颜色分量的色斑。
25.根据权利要求20所述的设备，其中，再采样包括减少用于表达采样值的位的数目。
26.根据权利要求20所述的设备，其中，所述设备包括相机。
27.一种在装置中的控制器中编程的产生数字病理图像的方法，包括: a.解码图像以产生变换的颜色分量； b.向变换的颜色分量应用逆向线性变换以产生再采样的颜色分量； c.对再采样的颜色分量进行再采样以生成色斑颜色分量；以及 d.组合色斑颜色分量与附加信息以产生数字病理图像。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，附加信息包括色斑矢量信息。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，从由个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主框计算机、手持计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能电器、游戏控制台、数字相机、数字放像机、相机电话、iPod⑧/iPhone/iPad、视频播放器、dvd写入器/播放器、蓝光写入器/播放器、电视机、家庭娱乐系统和扫描仪组成的组中选择所述装置。
全文摘要
本文描述了颜色数字病理图像(DPI)的有效表达，这是通过利用对这些图像唯一的属性实现的。该方法将数据分解成组成部分，这些组成部分的相对重要性能够进行指定，从而使得以更少位精度、更少空间分辨率或更少谱分辨率准确表达数据。该方法能够使用的两个特定区域包括(1)更加有效图像压缩和(2)根据有效数据处理。通过向不重要颜色分配较少位实现有效数据压缩。通过仅仅处理被认为重要的这些颜色或者颜色的组合实现有效数据处理。
文档编号G06K9/00GK103180864SQ201280003388
公开日2013年6月26日 申请日期2012年3月22日 优先权日2011年4月12日
发明者M·罗伯尔森, 刘明昌, 张习民 申请人:索尼公司