一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法

本发明涉及一种污水智能检测方法，尤其是涉及一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法。

背景技术：

1、目前，图像处理与显微成像技术已成为研究热点，在污水处理厂污泥容积指标预测、污泥膨胀的早期发现与诊断等领域具有广阔的应用前景。随着图像处理技术的进步，活性污泥显微图像的分析已经从定性分析发展到了定量分析。通过对活性污泥显微图像的采集，并与容积指数等物化参数相结合，可以很好的反应出污水处理厂的运行状态。因此，对其进行监测和预测是非常必要的。

2、图像处理技术和显微成像系统是预测沉降性能的潜在监测技术和工具，但要求污泥显微图像有足够大的分辨率及景深。然而，使用显微成像系统获取活性污泥显微图像的过程中，只有景深(dof)内的物体是聚焦或清晰的，而景深外的物体由于图像采集设备的限制而散焦或模糊。多焦点图像融合(mfif)是一种图像增强任务，它融合不同区域焦点的图像以实现全焦点图像。所获得的全焦点图像可以提供更多有用的信息，适用于其他计算机视觉任务，如监视、图像分类、目标识别和目标检测等。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法。该方法通过引导滤波提取多聚焦显微图像的高频分量，设计基于对数能量的自适应融合规则，计算出融合的高频分量，通过视觉显著性测量的策略以获得预融合结果，再经过一致性验证技术对其进行优化，最终得到融合后的图像。本发明方法融合后的图像边缘部分更清晰，并且能够准确的检测小面积聚焦区域，图像质量更好，在实际操作中具有可实施性和简便性。

2、本发明技术方案如下：

3、一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法，所述方法构成系统包括有图像采集设备、图像处理设备和显示设备；其图像的融合方法包括采集活性污泥显微图像、获取增强预融合结果、获取两区域分割决策图、获取三区域分割决策图、获取最终决策图并融合5个步骤：

4、采集活性污泥显微图像，使用相差显微镜获取多张活性污泥显微图像；

5、获取增强预融合结果，使用引导滤波提取源图像的细节信息，将其与经过视觉显著性检测得到的预融合结果相结合；

6、获取两区域分割决策图，通过计算增强的预融合结果和多焦点源图像之间的结构相似性，生成分数映射scmn，使用引导滤波对scmn中的像素进行优化，用逐像素最大规则得到初始的双区域分割决策图，再经过一致性验证技术对其进行优化，得到双区域分割决策图；

7、获取三区域分割决策图，通过计算分数映射的差分图，并计算分数映射经过引导滤波优化后的差分图，设计像素选择规则构建多区域分割决策图；

8、获取最终决策图并融合，根据两区域和多区域分割决策图得到最终决策图，最终得到融合后的图像。

9、所述的一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法，所述方法利用引导滤波提取源图像的高频分量，设计基于对数能量的自适应融合规则，计算出融合的高频分量fh，通过视觉显著性测量的策略以获得预融合结果pf，将fh与pf相加，得到增强的预融合结果epf。

10、所述的一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法，所述方法多聚焦源图像高频分量的提取由以下规则进行，

11、

12、hn(i，j)＝xn(i，j)-yn(i，j)

13、式中，yn(i，j)表示多聚焦源图像经过引导滤波后的图像，这里的引导图像是多聚焦源图像，xn(i，j)表示多聚焦源图像，n∈{1，2，…，n}，hn(i，j)表示xn(i，j)的高频分量。

14、所述的一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法，所述方法通过结构相似性(ssim)计算增强的预融合结果和多焦点源图像之间的结构相似性，来提取聚焦区域内显著像素的信息；再将每个像素的ssim分数汇总到一个矩阵中，以生成分数映射scmn；延后，使用引导滤波(gf)对scmn中的像素进行优化，得到bn，再由逐像素最大规则得到双区域分割初始决策图tmp；利用一致性验证技术(cvt)对tmp进行处理，得到优化的双区域分割决策图omp。

15、所述的一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法，所述方法计算差分图dm＝|scm1-scm2|，使用引导滤波对其进行处理，得到差分模糊图dbm，再使用bn得到模糊的差值图bdm，bdm＝|b1-b2|，最后将dbm(i，j)与bdm(i，j)进行比较，构建多区域分割的决策图。

16、所述的一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法，所述方法结合两区域和多区域分割策略捕获的焦点信息，设计像素选择规则来获得最终决策图fmp；再由最终的决策图fmp和源图像xn得的到融合的图像f，融合规则为，

17、

18、式中fmp(i，j)为最终的决策图，x1(i，j)、x2(i，j)表示多聚焦源图像。

19、本发明的优点与积极效果：

20、本发明是基于引导滤波和多区域分割的活性污泥显微图像融合。本发明所述方法对于高频信息保持能力更好，能更好的保存图像的细节信息，得到较清晰的活性污泥显微融合图像。在引导滤波的优化下，能够准确提取边缘信息且具有良好的边缘平滑功能，能有效地克服因融合而产生的块现象。通过对图像进行多区域的分割，使得对于聚焦区域的检测更加准确，对后期研究污泥膨胀的早期检测和故障诊断具有重要的应用价值。实验结果表明，本发明方法融合后的图像边缘部分更清晰，并且能够准确的检测小面积聚焦区域，图像质量更好，融合效果的主客观评价优于其他方法，在实际操作中具有可实施性和简便性。

技术特征：

1.一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法，其特征在于，所述方法构成系统包括有图像采集设备、图像处理设备和显示设备；其图像的融合方法包括采集活性污泥显微图像、获取增强预融合结果、获取两区域分割决策图、获取三区域分割决策图、获取最终决策图并融合5个步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法，其特征在于，所述方法利用引导滤波提取源图像的高频分量，设计基于对数能量的自适应融合规则，计算出融合的高频分量fh，通过视觉显著性测量的策略以获得预融合结果pf，将fh与pf相加，得到增强的预融合结果epf。

3.根据权利要求1所述的一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法，其特征在于，所述方法多聚焦源图像高频分量的提取由以下规则进行，

4.根据权利要求1所述的一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法，其特征在于，所述方法通过结构相似性(ssim)计算增强的预融合结果和多焦点源图像之间的结构相似性，来提取聚焦区域内显著像素的信息；再将每个像素的ssim分数汇总到一个矩阵中，以生成分数映射scmn；延后，使用引导滤波(gf)对scmn中的像素进行优化，得到bn，再由逐像素最大规则得到双区域分割初始决策图tmp；利用一致性验证技术(cvt)对tmp进行处理，得到优化的双区域分割决策图omp。

5.根据权利要求1所述的一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法，其特征在于，所述方法计算差分图dm＝|scm1-scm2|，使用引导滤波对其进行处理，得到差分模糊图dbm，再使用bn得到模糊的差值图bdm，bdm＝|b1-b2|；最后将dbm(i，j)与bdm(i，j)进行比较，构建多区域分割的决策图。

6.根据权利要求1所述的一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法，其特征在于，所述方法结合两区域和多区域分割策略捕获的焦点信息，设计像素选择规则来获得最终决策图fmp；再由最终的决策图fmp和源图像xn得到融合的图像f，融合规则为，

技术总结本发明提供了一种多聚焦活性污泥显微图像的融合方法,属于污水智能检测方法。采集多个焦平面的显微图像，将经过引导滤波提取的细节信息与经过视觉显著性检测得到的预融合结果相结合，获得增强的预融合结果。计算增强的预融合结果和源图像之间的结构相似性，使用引导滤波、逐像素最大规则和一致性验证技术得到双区域分割决策图。通过计算分数映射和经过引导滤波优化后分数映射的差分图，获取三区域分割决策图。基于二区域和多分割决策图生成最终融合决策图，得到融合结果。本发明方法能够准确检测小面积的焦点区域，图像边缘部分更清晰，有效的解决图像融合后形成的边缘块状效应，为获取活性污泥显微图像的全聚焦显微图像提供了思路。技术研发人员：郭仁春,郝毓敏,赵立杰受保护的技术使用者：沈阳化工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29