Методи та система оброблення слабоконтрастних зображень для оцінювання показників мікрокапілярів кінцівок людини

Abstract

Розв’язано важливе науково-практичне завдання підвищення ефективності оброблен-ня розмитих слабоконтрастних зображень мікрокапілярів кінцівок людини, що дало змогу оцінити їх основні геометричні показники. Виявлено та експериментально підтверджено закономірність підвищення різкості до максимального нахилу примежової кривої, на основі якої запропоновано математичну мо-дель підвищення різкості, що дало можливість отримати перепади інтенсивності шириною в 1 піксел. Розроблено метод підвищення різкості до максимального нахилу примежової кри-вої слабоконтрастних розмитих зображень. Запропоновано математичну модель придушення імпульсних шумів на основі розще-плення ковзного вікна та на її основі розроблено метод придушення шуму. Запропоновано математичну модель крайового детектування із субпікселною дискре-тизацією на основі знаходження спільних точок зображень примежових кривих до та після підвищення різкості до максимального нахилу примежової кривої. На основі математичної моделі розроблено метод виділення контуру шляхом знаходження спільних точок примежо-вих кривих до та після підвищення різкості. Розроблено апаратно-програмну систему для реалізації запропонованих методів філь-трації, підвищення різкості та виділення контуру, а також оцінювання показників мікрокапі-лярів.

Развязано важное научно-практическое задание повышения эффективности обработки размытых слабоконтрастных изображений микрокапилляров конечностей человека, что дало возможность оценить их основные геометрические показатели. В ходе работы был проведен анализ работы капилляроскопа, установлен перечень ос-новных характеристических показателей микрокапилляров на основе изображений, полученных капилляроскопом, к которым относятся расстояние между артериальными и венозными отделами капилляров, диаметры капилляра по отделам (венозном, артериальном и переходном), размер периваскулярной зоны; размер периваскулярного отрезке. Установлено, что изображения, полученные капилляроскопом являются слабоконтрастными и размытыми в следствие неинвазивности метода получения изображений и невозможности полной фиксации объекта исследования. Этот факт затрудняет расчет их геометрических показателей. Проведен анализ существующих методов предварительной обработки цифровых изо-бражений, выявлены их недостатки при работе со слабоконтрастными размытыми медицин-скими изображениями. Предложена математическая модель подавления импульсных шумов на основе рас-щепления скользящего окна и на ее основе разработан метод подавления шума. Проведенные исследования подтверждают повышение эффективности разработанного метода в среднем на 15 – 20% по сравнению с пороговым и медианным фильтрами.Разработана аппаратно-программная система для реализации предложенных методов фильтрации, повышения резкости и выделения контура, а также оценки показателей микро-капилляров.

It was solved the important scientific and practical task of improving the efficiency of processing of low-contrast human limbs micro-capillary images, that enabled to assess their basic geometrical indicators. Discovered and experimentally verified law of sharpening to the maximum slope of the boundary curve on which the mathematical model of sharpening, which enabled to get the intensity drops to 1 pixel wide. The method of sharpening to the maximum slope of the boundary curve for low-contrast blurred images. It is proposed a mathematical model for impulsive noise suppression based on sliding win-dow splitting and on its basis the method of noise suppression. It is proposed a mathematical model of edge detection with sub-pixel discretization, based on finding common points of boundary curves of images before and after sharpening the boundary to the maximum slope of the curve. Based on the mathematical model it is developed a method of edge by finding common points of boundary curves before and after sharpening. It is developed a hardware-software system for implementing the proposed filtering me-thods, sharpening and edge, and evaluation of micro-capillary indicators.