[发明专利]一种密集固体核径迹的粘连分离算法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，主要涉及一种密集固体核径迹显微图像粘连分离算法，其设计利用数学形态学方法，首先进行对比度增强以处理浅灰色小径迹，再进行分割以获取径迹的基础轮廓及去除非径迹杂质，最后进行粘连分离以获取单个径迹的准确轮廓。

背景技术

高能带电粒子进入固体材料时，沿其轨迹会留下纳米量级的辐射损伤，经过蚀刻处理后可以形成能用显微镜观测的固体核径迹。通过测量径迹的数目、大小、形状和深度可以确定带电粒子的种类、能谱和产额。径迹片上产生的径迹数以万计，直径从几微米到几十微米，人眼借助显微镜进行判读和统计极其不便。目前主要采用高精度显微镜系统对径迹进行数字拍照，然后对获得图像进行分析和处理，即可获得径迹参数的统计信息。

目前国内外已出现一些固体核径迹处理算法及自动测量系统，获得径迹图像后，或对图像进行预处理、二值化、粘连分离等一系列分析处理，或在分析处理图像后测量径迹的参数信息。分析处理中核心问题即粘连分离，分离的结果及时间效率将严重影响参数测量精度和系统的性能。D.L.Patiris等的TRIAC和TRIACII，采用K-means方法分割图像，再用hough变换进行圆检测，运算量极大，易出现漏检和误检。邓福威、弟宇鸣、叶红兵等采用Otsu二值化径迹图像，根据腐蚀或距离变换的结果寻找分离点，分离粘连径迹，易出现漏检，不能良好保持径迹的原始形状。张庆贤等的TractTest软件，采用腐蚀膨胀法分离粘连径迹，对密集径迹进行粘连分离易出现漏检，参数测量不够精确。F.Coppola等用Labview语言编写的软件TRANA，可区分径迹和表面划痕及其他杂质，分离、检测部分重叠的径迹群，能测量核径迹的中心、半径、面积等几何特征和亮度，但该方法只能分离两种中心较接近的重叠径迹。

固体核径迹经蚀刻后的基本参数可以用简单的几何结构图说明，如图1所示，粒子以θ角入射于探测器表面S，蚀刻后探测器表面变为S’，径迹呈圆锥形坑，径迹深度为H，表面开口轮廓为椭圆形，长短轴分别为Mi和Mj。

固体核径迹显微图像具有如下特点：

（1）粒子密度高。如在20倍放大显微镜下，当图像分辨率为344nm/像素时，1cm²的径迹片的图像大小达1.72 GB，径迹个数约2*10⁵个。

（2）径迹粘连严重。由于粒子密度高、随机性强等原因，径迹粘连严重。

（3）径迹颗粒度差异大。径迹近似椭圆形，其半径可从1μm到20μm。

（4）径迹内部灰度不均匀。径迹及其中心孔洞的灰度分布不均匀。

（5）存在非径迹杂质。径迹图像存在气泡、划痕及其他非径迹杂质。

本文针对目前固体核径迹粘连分离算法存在的问题及固体核径迹显微图像的特点，基于数学形态学方法，提出了一种密集的固体核径迹显微图像粘连分离算法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种密集固体核径迹的粘连分离算法。

本发明的技术方案如下：

一种密集固体核径迹的粘连分离算法，包括以下步骤：

（1）图像对比度增强：对整幅图像归一化并扩展到0-255范围，在不引入噪声的情况下，增强浅灰色小径迹与背景的灰度对比度；

（2）扩展极大值分割：

增强图像的对比度后，采用扩展极大值分割法对图像进行测地重建，对重建结果图进行H极大值变换，对变换结果进行区域极大值变换，再二值化径迹图像，获取初始的径迹连通区域；并结合形状因子和面积的阈值，去除非径迹杂质；

（3）面积比例粘连分离：

对于分割结果图像内部中心有孔洞的初始径迹连通区域，采用形态学方法迭代膨胀初始连通区域的每一孔洞，当孔洞与其对应的原始径迹基本重合时，停止膨胀，对孔洞轮廓进行椭圆拟合，此时孔洞的轮廓即可作为原始径迹的轮廓；对每个孔洞进行同样处理，即可得到粘连径迹中单个径迹的轮廓，从而分离粘连径迹；

（4）特殊粘连分离。

所述的粘连分离算法，所述粘连分离算法具体步骤为：①先降低整幅固体核径迹图像F1的灰度，得到图像F2，将F2归一化到0-1范围内，再乘以255，得到图像F3；

②对增强图像F3采用扩展极大值分割算法将图像二值化，获取初始的径迹连通区域轮廓，计算连通区域的形状因子PE，如式（1）；

PE=4πA/C²（1）

其中，A是轮廓所在连通域的面积，C是轮廓所在连通域的周长；