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TWI828160B - 纖毛影像的分析方法 - Google Patents

纖毛影像的分析方法 Download PDF

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TWI828160B
TWI828160B TW111119251A TW111119251A TWI828160B TW I828160 B TWI828160 B TW I828160B TW 111119251 A TW111119251 A TW 111119251A TW 111119251 A TW111119251 A TW 111119251A TW I828160 B TWI828160 B TW I828160B
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Abstract

一種纖毛影像的分析方法藉由一處理單元來實施並包含：讀取一纖毛動態影像；根據一影片每秒幀數，選擇並儲存其中N個影像畫面；對每一該影像畫面作降噪處理，以產生N個降噪後影像；判斷該N個降噪後影像的每一畫素位置中在相同該畫素位置的灰階數值有發生變化者，決定出M個纖毛位置，並對於每一相同的該纖毛位置的該N個灰階數值儲存為對應的一擺動波形；對該M個擺動波形之其中每一者判斷並儲存多個波峰值，再根據該等波峰值計算對應的一擺動頻率。故能夠自動化且有效率地由纖毛影像中計算出纖毛擺動頻率。

Description

纖毛影像的分析方法
本發明是有關於一種影像的分析方法，特別是指一種用於計算纖毛的擺動頻率的纖毛影像的分析方法。
人體的小氣道纖毛細胞是人體支氣管中主要負責用於排除外來汙染物(ex: PM2.5)及痰液與黏液，而纖毛的擺動頻率(即擺動速度)約為8~20赫茲(Hz)左右。習知要分析纖毛的擺動頻率的普遍作法是藉由非常高階的顯微鏡系統與電荷耦合元件(CCD)，對纖毛拍攝而獲得動態影像，並且再藉由肉眼透過一幀一幀的影像畫面來估算出擺動頻率。然而，這種習知作法是非常耗費時間與精力的，因此如何更有效率地獲得纖毛的擺動頻率便成為一個待解決的問題。
因此，本發明的目的，即在提供一種有效率地計算纖毛影像中纖毛的擺動頻率的分析方法。
於是，本發明提供一種纖毛影像的分析方法，適用於一處理單元來實施，並包含步驟(A)~(E)。
於步驟(A)，讀取一纖毛動態影像，以取得一影片每秒幀數及一影片解析度。
於步驟(B)，根據該影片每秒幀數，選擇並儲存該纖毛動態影像之其中N個影像畫面。
於步驟(C)，對該N個影像畫面之其中每一者作降噪處理，以產生N個降噪後影像，每一該降噪後影像的解析度等於該影片解析度。
於步驟(D)，判斷該N個降噪後影像的每一畫素位置中在相同該畫素位置的多個灰階數值有發生變化者，決定出M個纖毛位置，並對於每一相同的該纖毛位置的該N個灰階數值儲存為對應的一擺動波形，M為複數。
於步驟(E)，對該M個擺動波形之其中每一者判斷並儲存多個波峰值，再根據該等波峰值計算對應的一擺動頻率。
在一些實施態樣中，其中，在步驟(B)中，該N個影像畫面是該纖毛動態影像之其中連續的前N個影像畫面。
在一些實施態樣中，其中，在步驟(C)中，該處理單元對每一該影像畫面作降噪處理時，是將每一該畫素位置的該灰階數值與周圍預定範圍的該等畫素位置的該等灰階數值取平均值，而成為對應的一平滑影像，並再判斷該等平滑影像之其中該等畫素位置的該等灰階數值沒有發生變化者，而為一噪點位置。該處理單元再將每一該影像畫面之其中該等噪點位置的該等灰階數值改為一預設值而儲存為該降噪後影像。
在一些實施態樣中，其中，在步驟(E)中，該處理單元對於每一該擺動波形，計算出所有相鄰的該兩個波峰值的時間差值後再計算出一平均值，該平均值的倒數等於該擺動頻率。
在一些實施態樣中，該纖毛影像的分析方法還適用於一顯示單元，且還包含步驟(F)，該處理單元控制該顯示單元顯示一纖毛擺動頻率熱圖，該纖毛擺動頻率熱圖的解析度等於該影片解析度，該纖毛擺動頻率熱圖的每一畫素位置的灰階數值表示對應的該纖毛位置的該擺動頻率。
在一些實施態樣中，其中，在步驟(F)中，該處理單元還控制該顯示單元顯示一纖毛擺動頻率分布圖，該纖毛擺動頻率分布圖的橫軸及縱軸分別表示該擺動頻率及該纖毛位置的總數。
本發明的功效在於：藉由該處理單元根據該纖毛動態影像中的該N個影像畫面，作降噪處理後先判斷出該M個纖毛位置，並再產生M個擺動波形，且進而由每一該擺動波形的該等波峰值計算出該擺動頻率，而能夠有效率且自動化地獲得纖毛的擺動頻率。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1與圖2，本發明纖毛影像的分析方法之一實施例，適用於一處理單元1、一儲存單元2、及一顯示單元3。該儲存單元2例如是一硬碟或一記憶體，並儲存一纖毛動態影像。該顯示單元3例如是一顯示器或一螢幕。該處理單元1例如是一中央處理器(CPU)或一影像處理器(如特殊應用積體電路ASIC)，並電連接該儲存單元2及該顯示單元3。
該纖毛影像的分析方法包含步驟S1~S6。
於步驟S1，該處理單元1讀取該儲存單元2所儲存的該纖毛動態影像，以取得一影片每秒幀數及一影片解析度。在本實施例中，該處理單元1是藉由執行Matlab軟體以實施各個步驟，再舉例來說，該纖毛動態影像是符合MP4格式，該每秒幀數是100張/秒，該影片解析度是1440*1080，但都不以此為限。接著，執行步驟S2。
於步驟S2，該處理單元1根據該影片每秒幀數，選擇並儲存該纖毛動態影像之其中N個影像畫面。在本實施例中，該N個影像畫面是該纖毛動態影像之其中連續的前N個影像畫面，且N=30(對應該纖毛動態影像之前面0.3秒的部分影像)，但同樣不以此為限。再參閱圖3，圖3示例性地表示該纖毛動態影像之其中一個該影像畫面。接著，執行步驟S3。另外要特別補充說明的是：在其他的實施例中，N可以是其他大於或等於2的數值。
於步驟S3，該處理單元1對該N個影像畫面之其中每一者作降噪處理，以產生N個降噪後影像，並將該N個降噪後影像儲存於該儲存單元2。每一該降噪後影像的解析度等於該影片解析度。更詳細地說，該處理單元1對每一該影像畫面作降噪處理時，是將每一畫素位置的一灰階數值與周圍預定範圍(如上下左右共四個相鄰畫素位置)的多個畫素位置的多個灰階數值取平均值，而成為對應的一平滑影像，並再判斷該等平滑影像之其中該等畫素位置的該等灰階數值沒有發生變化者，而為一噪點位置。該處理單元1將每一該影像畫面之其中該等噪點位置的該等灰階數值改為一預設值(如等於0)而儲存為該降噪後影像。承續前例，即該處理單元1對30個影像畫面作降噪處理而獲得30個降噪後影像，每一該降噪後影像的解析度等於1440*1080。
於步驟S4，該處理單元1判斷該N個降噪後影像的每一該畫素位置中在相同該畫素位置的該等灰階數值有發生變化者，決定出M個纖毛位置，並對於每一相同的該纖毛位置的該N個灰階數值儲存為對應的一擺動波形，M為複數。每一該灰階數值例如介於0至255之間。承續前例，在1440*1080個畫素位置中，例如有1萬個(即M=10000)纖毛位置，則在Matlab軟體中，以矩陣或陣列的形式儲存總共1萬個該擺動波形，如[A1_1 A1_2 … A1_30;A2_1 A2_2 … A2_30;…;A10000_1 A10000_2 … A10000_30]，其中，A1_1至A1_30分別表示在該30個降噪後影像中同一個畫素位置的各個灰階數值。接著，執行步驟S5。
於步驟S5，該處理單元1對於每一該擺動波形，計算出所有相鄰的該兩個波峰值的時間差值後再計算出一平均值，該平均值的倒數等於該擺動頻率。承續前例，在Matlab軟體中，以findpeaks函數分別對1萬個該擺動波形(即A1至A10000)取出該等波峰值。該處理單元1藉由該等波峰值是分別位於該等降噪後影像的哪一張，而獲知對應的時間，例如第1張至第30張降噪後影像分別對應時間是第0秒至第0.3秒。接著，執行步驟S6。
於步驟S6，該處理單元1控制該顯示單元3顯示一纖毛擺動頻率熱圖及一纖毛擺動頻率分布圖，使得一使用者能夠更完整地獲悉纖毛擺動頻率的各種分布態樣。該纖毛擺動頻率熱圖的解析度等於該影片解析度，該纖毛擺動頻率熱圖的每一畫素位置的灰階數值表示對應的該纖毛位置的該擺動頻率。該纖毛擺動頻率分布圖的橫軸及縱軸分別表示該擺動頻率及該纖毛位置的總數。
綜上所述，藉由該處理單元1根據該纖毛動態影像中的該N個影像畫面，作降噪處理後先判斷出該M個纖毛位置，並再產生M個擺動波形，且進而由每一該擺動波形的該等波峰值計算出該擺動頻率，而能夠有效率且自動化地獲得纖毛的擺動頻率。此外，還能夠藉由該顯示單元3顯示該纖毛擺動頻率熱圖及該纖毛擺動頻率分布圖，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1:處理單元 2:儲存單元 3:顯示單元 S1~S6:步驟
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一方塊圖，說明本發明纖毛影像的分析方法所適用的一分析系統；及 圖2是一流程圖，說明本發明纖毛影像的分析方法的一實施例；及 圖3是一示意圖，說明該實施例的一影像畫面。
S1~S6:步驟

Claims (4)

  1. 一種纖毛影像的分析方法，適用於一處理單元來實施，並包含：(A)讀取一纖毛動態影像，以取得一影片每秒幀數及一影片解析度；(B)根據該影片每秒幀數，選擇並儲存該纖毛動態影像之其中N個影像畫面；(C)對該N個影像畫面之其中每一者作降噪處理，以產生N個降噪後影像，每一該降噪後影像的解析度等於該影片解析度，該處理單元對每一該影像畫面作降噪處理時，是將該影像畫面的每一畫素位置的一灰階數值與周圍預定範圍的該等畫素位置的該等灰階數值取平均值，而成為對應的一平滑影像，並再判斷該等平滑影像之其中該等畫素位置的該等灰階數值沒有發生變化者，而為一噪點位置，該處理單元再將每一該影像畫面之其中該等噪點位置的該等灰階數值改為一預設值而儲存為該降噪後影像；(D)判斷該N個降噪後影像的每一該畫素位置中在相同該畫素位置的該等灰階數值有發生變化者，決定出M個纖毛位置，並對於每一相同的該纖毛位置的該N個灰階數值儲存為對應的一擺動波形，M為複數；及(E)對該M個擺動波形之其中每一者判斷並儲存多個波峰值，再根據該等波峰值計算對應的一擺動頻率，該處理單元對於每一該擺動波形，計算出所有相鄰的該兩個波峰值的時間差值後再計算出一平均值，該平均值的倒數等 於該擺動頻率。
  2. 如請求項1所述的纖毛影像的分析方法，其中，在步驟(B)中，該N個影像畫面是該纖毛動態影像之其中連續的前N個影像畫面。
  3. 如請求項2所述的纖毛影像的分析方法，還適用於一顯示單元，且還包含步驟(F)，該處理單元控制該顯示單元顯示一纖毛擺動頻率熱圖，該纖毛擺動頻率熱圖的解析度等於該影片解析度，該纖毛擺動頻率熱圖的每一畫素位置的灰階數值表示對應的該纖毛位置的該擺動頻率。
  4. 如請求項3所述的纖毛影像的分析方法，其中，在步驟(F)中，該處理單元還控制該顯示單元顯示一纖毛擺動頻率分布圖，該纖毛擺動頻率分布圖的橫軸及縱軸分別表示該擺動頻率及該纖毛位置的總數。
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