[發明專利]一種密集固體核徑跡的粘連分離算法

無效

• 申請號: 201210584294.8
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103065283A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 范勇;巫玲;王利;陳念年;張勁峰;楊程
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 龔燮英

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，主要涉及一種密集固體核徑跡顯微圖像粘連分離算法，其設計利用數學形態學方法，首先進行對比度增強以處理淺灰色小徑跡，再進行分割以獲取徑跡的基礎輪廓及去除非徑跡雜質，最后進行粘連分離以獲取單個徑跡的準確輪廓。

背景技術

高能帶電粒子進入固體材料時，沿其軌跡會留下納米量級的輻射損傷，經過蝕刻處理后可以形成能用顯微鏡觀測的固體核徑跡。通過測量徑跡的數目、大小、形狀和深度可以確定帶電粒子的種類、能譜和產額。徑跡片上產生的徑跡數以萬計，直徑從幾微米到幾十微米，人眼借助顯微鏡進行判讀和統計極其不便。目前主要采用高精度顯微鏡系統對徑跡進行數字拍照，然后對獲得圖像進行分析和處理，即可獲得徑跡參數的統計信息。

目前國內外已出現一些固體核徑跡處理算法及自動測量系統，獲得徑跡圖像后，或對圖像進行預處理、二值化、粘連分離等一系列分析處理，或在分析處理圖像后測量徑跡的參數信息。分析處理中核心問題即粘連分離，分離的結果及時間效率將嚴重影響參數測量精度和系統的性能。D.L.Patiris等的TRIAC和TRIACII，采用K-means方法分割圖像，再用hough變換進行圓檢測，運算量極大，易出現漏檢和誤檢。鄧福威、弟宇鳴、葉紅兵等采用Otsu二值化徑跡圖像，根據腐蝕或距離變換的結果尋找分離點，分離粘連徑跡，易出現漏檢，不能良好保持徑跡的原始形狀。張慶賢等的TractTest軟件，采用腐蝕膨脹法分離粘連徑跡，對密集徑跡進行粘連分離易出現漏檢，參數測量不夠精確。F.Coppola等用Labview語言編寫的軟件TRANA，可區分徑跡和表面劃痕及其他雜質，分離、檢測部分重疊的徑跡群，能測量核徑跡的中心、半徑、面積等幾何特征和亮度，但該方法只能分離兩種中心較接近的重疊徑跡。

固體核徑跡經蝕刻后的基本參數可以用簡單的幾何結構圖說明，如圖1所示，粒子以θ角入射于探測器表面S，蝕刻后探測器表面變為S’，徑跡呈圓錐形坑，徑跡深度為H，表面開口輪廓為橢圓形，長短軸分別為Mi和Mj。

固體核徑跡顯微圖像具有如下特點：

（1）粒子密度高。如在20倍放大顯微鏡下，當圖像分辨率為344nm/像素時，1cm²的徑跡片的圖像大小達1.72?GB，徑跡個數約2*10⁵個。

（2）徑跡粘連嚴重。由于粒子密度高、隨機性強等原因，徑跡粘連嚴重。

（3）徑跡顆粒度差異大。徑跡近似橢圓形，其半徑可從1μm到20μm。

（4）徑跡內部灰度不均勻。徑跡及其中心孔洞的灰度分布不均勻。

（5）存在非徑跡雜質。徑跡圖像存在氣泡、劃痕及其他非徑跡雜質。

本文針對目前固體核徑跡粘連分離算法存在的問題及固體核徑跡顯微圖像的特點，基于數學形態學方法，提出了一種密集的固體核徑跡顯微圖像粘連分離算法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種密集固體核徑跡的粘連分離算法。

本發明的技術方案如下：

一種密集固體核徑跡的粘連分離算法，包括以下步驟：

（1）圖像對比度增強：對整幅圖像歸一化并擴展到0-255范圍，在不引入噪聲的情況下，增強淺灰色小徑跡與背景的灰度對比度；

（2）擴展極大值分割：

增強圖像的對比度后，采用擴展極大值分割法對圖像進行測地重建，對重建結果圖進行H極大值變換，對變換結果進行區域極大值變換，再二值化徑跡圖像，獲取初始的徑跡連通區域；并結合形狀因子和面積的閾值，去除非徑跡雜質；

（3）面積比例粘連分離：

對于分割結果圖像內部中心有孔洞的初始徑跡連通區域，采用形態學方法迭代膨脹初始連通區域的每一孔洞，當孔洞與其對應的原始徑跡基本重合時，停止膨脹，對孔洞輪廓進行橢圓擬合，此時孔洞的輪廓即可作為原始徑跡的輪廓；對每個孔洞進行同樣處理，即可得到粘連徑跡中單個徑跡的輪廓，從而分離粘連徑跡；

（4）特殊粘連分離。

所述的粘連分離算法，所述粘連分離算法具體步驟為：①先降低整幅固體核徑跡圖像F1的灰度，得到圖像F2，將F2歸一化到0-1范圍內，再乘以255，得到圖像F3；

②對增強圖像F3采用擴展極大值分割算法將圖像二值化，獲取初始的徑跡連通區域輪廓，計算連通區域的形狀因子PE，如式（1）；

PE=4πA/C²（1）

其中，A是輪廓所在連通域的面積，C是輪廓所在連通域的周長；