远程显微工作站视频信息处理研究及应用技术开发

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远程显微工作站是显微镜技术,计算机技术与网络技术有机结合的产物,是远程医疗系统的关键组成部分,在许多医学专科中发挥着重要作用。远程显微工作站一方面力求信息处理实时性,显微工作站采集的显微图像或视频需要经过编码处理后实时传输至远程用户端,而远程用户发送的控制信息和语音文字等信息也需要实时回传本地显微工作站,实现远程与本地的实时信息交互;另一方面力求系统的准确性和稳定性,无论远程控制还是本地操作,均能灵活精确地进行物镜转换、载物台移动、聚光镜调节等;同时还需要较高智能化程度,能自动根据当前物镜种类切换载物台移动速度以及光强度,自动获取理想焦平面等。本文侧重于研究显微视频图像编码处理和显微镜自动聚焦两个方面。  在视频编码方面,由于新一代的视频编码标准H.265计算复杂度较高,视频编码实时性不足,暂不适用于显微工作站的实时视频编码处理,因此H.264仍是目前实时编码应用的首选。x264是经过优化的高性能 H.264编码器,但其编码速度对于高分辨率视频的实时编码来说仍然不足,需要进一步优化以提升其速度。对此,本文对x264编码器中计算复杂度较高的模式选择部分与运动估计部分进行研究,提出一种利用降采样方式进行模式选择与运动估计的方法。实验表明,该方法在保证原有码率与峰值信噪比的前提下,有效提升x264的编码速度。  自动聚焦主要包括清晰度评价函数,聚焦窗口选择和极值搜索策略三个部分,其中聚焦窗口的选择是显微镜成功聚焦的关键。聚焦窗口过大不仅增加计算复杂度,而且纳入非内容区域过多会引起误判;聚焦窗口过小则难以确保目标内容出现在聚焦区域中,亦会导致误判。显微镜的聚焦起始点在远焦区域时,所采集的图像没有图像内容,无法预知图像内容的丰富程度与分布状况,因此传统的固定取窗方法并不适用于光学显微镜的自动聚焦,需在显微镜聚焦过程中根据图像内容的变化程度来确定聚焦窗口。  聚焦的精度易受噪声、镜头杂质以及玻片杂质影响,尤其是在图像内容稀少或者分布比较零散的情况下。对此,本文使用一种动态选择聚焦窗口的方法,一方面通过降采样的方法降低图像处理过程的计算量,并根据内容像素变化量来选择聚焦窗口;另一方面,通过离焦模糊区域检测来识别理想焦平面。实验结果显示,该方法能有效降低噪声、镜头杂质以及玻片杂质的干扰,鲁棒性较好。
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