Программа BioImage Crown

Введение:

Программа «BioImage Crown» предназначена для автоматизации процесса сегментации цифровых изображений биологических объектов. Она написана на языке высокого уровня Borland Delphi 7.0 ( Object Pascal ). В программе реализованы функции пороговой обработки изображений, основанных на выборе оптимального порога сегментации. Для максимальной автоматизации проведения исследований разработан однокадровый и пакетный режим обработки изображений. Измеряемая целевая величина процента просвета в кронах деревьев, может вычисляться по одному изображению, а также серии изображений, где определяется среднее значение. Также предусмотрены ручной и автоматический режим определения величины процента просвета сквозь верхний ярус леса.

Кроме того, существует возможность автоматически сохранить изображение (опционально) с каждого этапа обработки, а также получить отчет в виде отдельного файла MS Word или MS Excel . Данная программа выполнена с использованием графических возможностей операционной системы MS Windows , что делает интерфейс программы легко понимаемым и удобным для пользователя.

Схема работы программы:

На приведенной схеме изображена поэтапная обработка изображения в программе «BioImage Crown».

В данной программе на каждом этапе приходиться решать отдельную задачу для того, чтобы получить исходный результат. Эти задачи целесообразно разбивать на отдельные подпрограммы, которые формируют структуру приведенной программы

Описание программы: Область исследования изображения

После того как изображение загружено в программу необходимо определить область исследования на изображении. Для этого необходимо воспользоваться специальным инструментом «Определение области», результат работы которого представлен на рисунке

Оптимальный порог сегментации

На изображении мы видим, что они состоят только из областей с двумя уровнями яркости, которые можно трактовать как «светлый» - участки, через которые поступает солнечный свет, «темный» - область верхних ярусов леса. Значение яркости обозначим переменной k . Эти значения можно рассматривать как случайные величины, а их гистограмму – как оценку плотности распределения вероятностей p ( k ) . Если известны плотности распределения вероятностей, то можно определить оптимальный порог для сегментации изображения на две области различной яркости.

В соответствии со статистическими характеристиками исследуемых изображений и оптимальным порогом обработки был реализован алгоритм работы целевой программной системы.

Значение порога оптимального для выбранной модели составляет T = 127, поскольку изображение представлено 256 уровнями градации серого находящегося в интервале [0..255], но это значение может изменяться как па как параметр и разработанной модели.

Сегментация изображения:

Сегментация изображения представляет собой разделение или разбиение изображения на области по сходству свойств их точек. Наиболее часто сегментацию проводят по яркости для одноцветного изображения и цветовым координатам для цветного изображения. Сегментация изображений, не являющихся тривиальными, представляет собой одну из самых сложных задач обработки изображений.

В разработанной программе реализована процедура пороговой обработки с глобальным порогом, полученным в предыдущем пункте. Результат сегментации с глобальным порогом представлен на рисунке

Пакетный конвертер размеров изображений

В настоящее время, существуют цифровые фотоаппараты с помощью, которых производиться фотосъемка. Одной из основных характеристик получившихся цифровых изображений является, является его разрешение. Например, разрешение изображения - 2816x2112, 2272x1704 будет занимать объем памяти - 17Мб и 11Мб соответственно, при условии, что изображение не сжато и имеет глубину цвета 24 бита на точку. При обработке таких изображений за приемлемое время, необходимы "хорошие" вычислительные мощности, но для того, чтобы обрабатывать изображения на обычных персональных компьютерах достаточно быстро, необходимо подвергнуть изображения геометрическим преобразованиям. Надо заметить, что исследуемы q признак в наших изображениях инвариантен к этим операциям.

Итак, чтобы преобразовать изображение с большого разрешения на 800x600, необходимо использовать режим "Конвертер Серии 800x600":

Для выбора папки с исходными изображениями выбираем в главном меню формы "Выбрать директорию с изображениями", заранее подготовив директорию с изображениями для исследований. После этого появиться диалоговое окно из какой папки взяты изображения и автоматически определяется количество изображений в целевой директории

Режим пакетной обработки изображений:

Для автоматизации проведения исследований был создан режим «Пакетная обработка», который позволяет обрабатывать не один машинный кадр, а целую папку изображений. На рисунке представлена форма этого режима, где в «Список выбранных файлов» это файлы доступные для исследования, а «Координаты выбранных участков» это области определенные экспертом исследователем.

Автоматическое сохранение измеряемых изображений:

Так при проведении исследований есть необходимость сохранять промежуточные результаты экспериментов, то был создан режим «Автоматическое сохранение изменяемых изображений». Это режим позволяет сохранять участки исследования на выбранных изображениях в отдельной поддиректории с исходным именем и дополнительной приставкой названия имени файла.

Формирователь отчета:

Система генерации отчета служит для накопления статистики по исследованиям и формированию документации в удобном виде. Графическая форма, хранящая статистику по измерениям, приведена на рис. 9. Здесь для каждого изображения создается строка с названием файла, координатами прямоугольной области исследования и значение процента просвета через кроны деревьев.

Экспорт результатов в текстовый процессор MS Word©:

Экспорт результатов исследования это важная характеристика любой программной разработки, поскольку этот механизм позволяет получать данные для дальнейшего использования. Так стандартом де-факто в текстовых процессорах является программа MS Word из пакета MS Office . В разработанной программе реализована процедура экспорта данных в этот текстовый редактор рисунке

Экспорт результатов в табличный процессор MS Excel©:

Наиболее часто используемым табличным процессором является программа MS Excel из пакета MS Office . В данной программе реализована процедура экспорта данных в этот табличный редактор, результат этой операции приведен на рисунке

Здесь пользователь сможет обработать данные с помощью стандартных функций и получить достаточные статистические данные по результатам эксперимента.

Статистика результатов измерения:

Поскольку эксперту-исследователю необходимо знать среднее значение по серии измерений была реализована процедура реализующие эти функции. Результат этой процедуры изображен на рисунке

Руководство пользователя

Для экспертов-исследователей разработано руководство пользователя, которое помогает разобраться с общей функциональностью системы на уровне обычного пользователя. Разработанная документация имеет формат CHM , на рисунке приведена общая структура это документа.

Описание интерфейса

Разработанный графический интерфейс программы представлен на рисунке. Все доступные функции приставлены в двух вариантах:

Программное меню;
Панель графических иконок;

По своей функциональной работе они абсолютно идентичны. Панель графических иконок расположена всегда перед глазами и поэтому с ней всегда работать быстрее и удобней. Все зависит от предпочтений пользователя данной системы:

1. Конвертатор в 800x600 - горячая клавиша Ctrl+Q:

Один из режимов работы настоящей программы, предназначен для уменьшения размеров изображений.

2. Открыть изображение - горячая клавиша Ctrl+O:

Эта кнопка служит для того, чтобы загрузить изображение в программу для обработки. Изображение должно до этого быть обработанное в режиме 5.0;

3. Открыть серию изображений - горячая клавиша Ctrl+I:

Эта процедура предназначена для того, чтобы загрузить серию изображений в программу для последующей обработки. Предварительно нужно создать папку (директорию) куда необходимо поместить исследуемые изображения.

4. Сохранить изображение для серии:

Эта кнопка принимает два значения:

1) ОТЖАТАЯ - участки изображений не сохраняются;

2) ВДАВЛЕННАЯ - участки изображений сохраняются

Эта процедура позволяет управлять автоматическим режимом сохранения исследуемых участков изображений в директорию(папку)"Исследуемые участки". Файлы в ней будут создаваться с именем, например "Участок из файла DSCN4296.bmp". Количество файлов будет зависеть от того, сколько было загружено изображений на автоматическую обработку.

5. Сохранить обработанный участок - горячая клавиша Ctrl+S:

После того как мы определили исследуемый участок на изображении и обработали его в режиме пакетной обработки, получившийся участок можно сохранить в виде отдельного изображения. Целесообразно использовать для накопления к примеру статистики.

6. Найти % просвета у изображения - горячая клавиша Ctrl+W:

Эта операция позволит вам определить процет просвета у выделенного участка изображения для единичного кадра. Результа автоматически добавляется в систему формирования отчета и отображается на экране.

7. Найти % просвета у серии изображений - горячая клавиша Ctrl+E:

После того, как вы загрузили серию изображений в систему 3, установили флаг "Пакетная обработка" и для каждого изображения задали участок исследования запускаем данную процедуру. Результат автоматической обработки добавиться в систему формирования отчета, где вы определите что делать дальше с получившимися данными.

8. Задать порог распознавания - горячая клавиша Ctrl+A:

Данный порог изменяет границу между просветом и затемненным участком. Оптимальным значением по критерию максимального правдоподобия будет значение 127. Если изображение получено при нормальных условиях съемки, то это значение лучше не изменять!

9. Посмотреть отчет - горячая клавиша Ctrl+R:

Это действие позволит в любой момент вернуться в систему формирования отчета для того, чтобы выполнить необходимые операции.

10. Руководство пользователя - горячая клавиша Ctrl+H:

11. О программе- горячая клавиша Ctrl+F1: Сведения о названии программы, авторах и контактной информации.

Видеопрезентация работы программы

Вы наш

посетитель

Разработка и дизайн