一种影像叠加和分级处理系统及方法与流程

本发明属于数字影像技术领域，尤其涉及一种影像叠加和分级处理系统及方法。

背景技术：

数字影像技术的发展，促进了生物成像、化学发光成像和荧光成像等技术在生命科学研究中的应用，具有更高灵敏度和数据分析功能的化学发光成像系统也逐渐取代传统的胶片法，成为每个涉及生命科学研究的实验室必备的仪器。市场上常规化学发光成像系统操作较繁琐，耗时较长，流程如下：1.打开影像采集软件；2.等待相机降温；3.打开相应光源；4.相机预览；5.调节镜头参数(聚焦、光圈、远近)；6.估计曝光时间；7.拍摄并查看影像效果；8.根据效果修改曝光时间；9.再次拍摄并查看影像效果直到符合要求；10.保存图片。

其次，由于不同专业有不同的要求，且不同研究对象本身的发光特点也有不同，因此数字影像展示技术要求也各有不同，而传统数码相机最初获得的影像，可能并不是理想的结果。有时需要对不同影像进行叠加，有时需要对影像进行分级展示，有时又需要在同一窗口展示不同解析度(灰级)的影像，获取理想影像比较繁琐，后期手动处理样品影像也很麻烦。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种影像叠加和分级处理系统及方法，以便克服现有技术的上述缺陷。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种影像叠加和分级处理系统及方法，解决获取理想影像繁琐、后期手动处理样品影像麻烦的技术问题。

本发明通过采集到的原始影像基本素材，根据需求经过计算重新处理后，可分别显示叠加、分级和分屏影像，以满足用户的需要。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种影像叠加和分级处理系统，所述系统包括：

数据采集模块，采集需要处理的原始影像；

模/数转换模块，将所述原始影像转换成数字影像；

影像处理模块，将所述数字影像进行叠加或分级处理；

影像显示模块，将处理过的所述数字图像进行格式转换，然后传输到显示器显示。

所述数据采集模块采用单片机控制参数设置、自动计算曝光时间，一键采集影像。

所述影像处理模块将所述数字影像根据总的灰阶、分级数量和分级倍数，自动进行影像的分级数据计算以及影像的叠加。

所述影像显示模块根据无效影像数据的占比舍弃整幅16位影像中像素最高和最低的部分，将剩余16位影像数据转换成8位图像。

一种影像叠加和分级处理方法，所述方法包括：

数据采集步骤，采集需要处理的原始影像；

模/数转换步骤，将所述原始影像转换成数字影像；

影像处理步骤，将所述数字影像进行叠加或分级处理；

影像显示步骤，将处理过的所述数字图像进行格式转换，然后传输到显示器显示。

所述数据采集步骤采用单片机控制参数设置、自动计算曝光时间，一键采集影像。

所述影像处理步骤将所述数字影像根据总的灰阶、分级数量和分级倍数，自动进行影像的分级数据计算以及影像的叠加。

所述影像显示步骤根据无效影像数据的占比舍弃整幅16位影像中像素最高和最低的部分，将剩余16位影像数据转换成8位图像。

本发明的有益效果在于：

1、影像采集操作简单。本发明采用一键式操作：全自动曝光，一键拍摄样品影像，自动保存至U盘，无需设定曝光时间及镜头各项参数，操作简单，快捷实用。

2、转换后影像质量高。本发明数据转换模块采用改进的转换过程，去除了无意义的影像数据。

3、实现分级显示。分级显示可以直接观察到不同曝光时间效果和进行过 后期处理的样品图，省去了手动切换不同曝光时间的样品图和手动进行过后期处理的样品图的麻烦，一次显示可得到不同灰级的影像，满足不同客户的实际需要。

4、具备一键打印功能，可打印任意效果图。

附图说明

图1为影像叠加和分级处理系统组成示意图。

图2为影像叠加和分级处理方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，数据采集模块11所采集数据为各种影像数据，影像的采集可以通过光学相机、红外探头等获得样品影像。主要用于采集的是组成影像的各种数据，包括图层、文字、像素、灰级、亮度等。

作为本发明的一种实现方式，具体地，包括集成暗箱、电源、数字CCD相机、控制及USB通讯电路、白光灯、紫外透射台、USB接口、平板电脑、按键，设置白光灯和紫外透射台为样品光源；采用带光耦隔离的继电器控制电路降噪，采用自带散热系统的高精度数字致冷CCD相机提高清晰度。采用设置CCD相机驱动的控制电路，完成串口和USB口之间的数据转换，支持外接U盘；采用单片机控制参数设置、自动计算合理曝光时间，实现一键拍摄并可得到多种曝光效果的影像。

其中上述一键式自动拍摄自动曝光时间(T)过程如下：

$T=t_0+\mathrm{klg}\left(\frac{m-n+1}{m}\right)$

式中：t0为预曝光时间，其成像的灰度数组为G，k为经验常数，m＝Max(G)，n＝Min(G)。

进一步地，数据采集模块中采用数字CCD相机，工业级黑白CCD相机采集的影像数据是16位的灰阶数据，即用数字0至65535表示被采集样品的明亮程度。相较民用级的彩色成像相机，虽然舍弃了色彩表现力，但能捕捉到更多地细节。

采集得到的影像如果是模拟图像，则通过模/数转换模块12转换成数字影像，并将组成影像的各种数据，包括图层、文字、像素、灰级、亮度等转为数字信号储存起来。

数字影像通过数据线传输到影像处理模块13，根据实际需要，进行叠加或分级处理。

具体地，叠加或分级处理是通过分屏过程实现的，由用户确定总的灰阶、分级数量和分级倍数，然后自动进行影像的分级数据计算和显示，以及影像的叠加。

具体地，影像的分级和叠加处理包括：

1、确定最小有效灰阶：遍历影像的所有像素，查找出大于0且小于2^16的灰阶中最小的。

2、确定每张分级影像的最大显示灰阶：MAX＝USERMAX*(L-1)*M。

3、影像叠加：

g3(x，y)＝g2(x，y)-g1(x，y)

g3、g2和g1分别为叠加后的影像、影像2和影像1，x与y分别为每张影像的第x行、y列像素。

其中，MIN＝最小有效灰阶；

USERMAX＝用户定义的最大显示灰阶；

MAX＝根据被分级影像的具体分级数变化的最大灰阶；

L＝级数；

M＝分级倍数；

经过影像处理模块13的叠加、分级处理后，进入影像显示模块14。先对处理过的图像进行位数的转换，然后将转换后的影像数据经过数据线传到显示器显示。

因数据采集模块中CCD相机采集的影像数据是16位的灰阶数据，而常见的彩色液晶显示器只能显示256个灰阶范围，也就是8位的灰阶影像。基于此，采用一种确定区间的方法进行转换。根据大量的实验数据得出一个无效影像数据的占比，并根据比例舍弃整幅16位影像中最亮和最暗的部分，以确保把最重要的16位影像数据转换成8位影像显示出来。

其中，V16＝影像的某个像素的灰阶值，范围0-(2^16-1)；

V8影像的某个像素在显示屏上的灰阶值，范围0-(2^8-1)；

1、建立16位灰阶与8位灰阶的映射表：映射表[0-MIN]＝0，映射表[MIN+1～MAX-1]＝(V16–MIN*(2^8-1))/(MAX-MIN)。

2、使用映射表将分级影像的16位灰阶转换为8位影像：影像像素[V8]＝映射表[影像像素[V16]]。

进一步地，此转换方法还适用于将自然光线下拍摄的影像与暗箱中拍摄的影像叠加显示的过程。

进一步地，影像显示模块14还具备一键打印功能，可打印任意效果图。

作为本发明的一种实现方式，本模块集成全屏触控平板电脑，可全屏或分屏同时显示分级或叠加的多张影像。

以上介绍了本发明的一种影像叠加和分级处理系统，本发明在揭示上述一种影像叠加和分级处理系统的同时，还揭示一种影像叠加和分级处理方法。

实施例二

请参阅图2，影像叠加和分级处理方法的步骤包括：

数据采集21，采用一键式自动拍摄，其中自动曝光过程为：

1.根据光源打开情况，选择一个极短的曝光时间自动拍摄一张临时图；2.遍历图中所有像素，将灰度最小值保存至变量Min；3.遍历图中像素选出灰度最大值保存至变量Max；4.计算灰度差X＝Max–Min；5.根据灰度差X值的大小调用不同公式，计算自动曝光时间。

数据采集21完成后经过模/数转换22将采集到的原始模拟影像转换为数字影像，然后根据设定的功能选择，判断是否需要进行叠加或者分级处理23，需要叠加分级处理则进入影像处理24步骤，否则，输出显示原始影像。

具体影像处理和显示步骤为：

1、确定最小有效灰阶：遍历影像的所有像素，查找出大于0且小于2^16的灰阶中最小的。

2、确定每张分级影像的最大显示灰阶：MAX＝USERMAX*(L-1)*M。

3、影像叠加：

g3(x，y)＝g2(x，y)-g1(x，y)

4、建立16位灰阶与8位灰阶的映射表：映射表[0-MIN]＝0，映射表[MIN+1～MAX-1]＝(V16–MIN*(2^8-1))/(MAX-MIN)。

5、使用映射表将分级影像的16位灰阶转换为8位影像：影像像素[V8]＝映射表[影像像素[V16]]。

处理完成后的影像传输至显示器进行影像显示，显示分级或叠加后影像，并可全屏显示或分屏同时显示多张图像，方便观察对比。

综上所述，本发明提出的一种影像叠加和分级处理系统及方法，本发明与现有技术相比采用一体化工业设计，有效节省空间。高精度全自动曝光，无需设定曝光时间及镜头各项参数，一次拍摄可得到多种曝光时间效果影像，并可全屏显示或分屏同时显示多张影像，方便观察对比。还具备一键打印功能，可打印任意效果图。解决了获取理想影像繁琐、后期手动处理样品影像麻烦的技术问题。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。