基于图像的妇科分泌物中加德纳菌含量测量方法及装置

技术领域

本发明属于图像检测技术领域，具体涉及一种基于图像的妇科分泌物中加德纳菌含量测量方法及装置。

背景技术

细菌性阴道病是一种阴道微生物群系疾病，严重影响女性健康，尤其容易造成妊娠期不良妊娠结局，危害母儿健康。而阴道加德纳菌是细菌性阴道炎的重要致病菌之一。

目前，对加德纳菌含量的判断由医生在光学显微镜下观察妇科分泌物样本，通过经验进行判断，主观性强，效率较低，且无法准确量化。为提高细菌含量测量的工作效率，降低对医生的依赖性，利用计算机视觉技术自动检测细菌是必然趋势。

对基于图像的加德纳菌含量测量，目前面临的主要技术难点是：

第一，荧光染色场景下，不同内容的图像亮度变化较大。用传统算法分割细菌区域极易受到图像亮度波动的影响；

第二，分泌物显微图像的背景杂乱，难以找到加德纳菌与其余杂乱微小物体有效区分的特征；

第三，加德纳菌尺寸较小，难以被深度网络的感受野捕获，用现有算法无法准确识别。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于图像的妇科分泌物中加德纳菌含量测量方法及装置。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一方面，本发明公开一种基于图像的妇科分泌物中加德纳菌含量测量方法，具体包括以下步骤：

S1：获取荧光染色后的妇科分泌物显微图像；

S2：测量S1获取的图像中的细菌总含量g，通过YOLOv5-s模型识别S1获取的图像中的乳酸杆菌，统计乳酸杆菌含量l；

S3：根据S2得到的细菌总含量g和乳酸杆菌含量l，通过式(1)计算得到妇科分泌物样本中的加德纳菌含量GV；

GV＝g-l(1)。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，细菌总含量g通过以下步骤得到；

a1：对S1获取的图像进行灰度化处理，统计灰度化图像的像素均值b，并将其作为图像亮度的量化指标；

a2：根据式(2)计算亮度敏感阈值t；

t＝b*0.23+65.11(2)；

其中：t为亮度敏感阈值，b为灰度化图像的像素均值；

a3：将亮度敏感阈值t作为图像二值化分割的固定阈值，划分出所有疑似细菌的区域；

a4：由疑似细菌区域筛选出细菌区域，将疑似细菌区域视为连通域，依据细菌的形状大小特性，筛选得到细菌区域，统计细菌区域的数量，得到细菌总含量g。

作为优选的方案，在乳酸杆菌含量l测量前，利用标注了乳酸杆菌的N张图像对YOLOv5-s模型进行训练，N为整数。

作为优选的方案，在将S1获取的图像输入YOLOv5-s模型前，对S1获取的图像进行预处理。

作为优选的方案，YOLOv5-s模型输出图像中乳酸杆菌的大小和位置。

此外，另一方面，本发明还公开一种基于图像的妇科分泌物中加德纳菌含量测量装置，包括：

图像采集装置，图像采集装置用于获取荧光染色后的妇科分泌物显微图像；

细菌总含量测量装置，细菌总含量测量装置用于测量图像采集装置获取的图像中的细菌总含量g；

乳酸杆菌含量测量装置，乳酸杆菌含量测量装置用于通过YOLOv5-s模型识别图像采集装置获取的图像中的乳酸杆菌，统计乳酸杆菌含量l；

加德纳菌含量计算装置，加德纳菌含量计算装置用于根据细菌总含量测量装置得到的细菌总含量g和乳酸杆菌含量测量装置测量得到的乳酸杆菌含量l，通过式(1)计算得到妇科分泌物样本中的加德纳菌含量GV；

GV＝g-l(1)。

作为优选的方案，细菌总含量测量装置包括：

像素均值计算单元，像素均值计算单元用于对图像采集装置获取的图像进行灰度化处理，统计灰度化图像的像素均值b，并将其作为图像亮度的量化指标；

亮度敏感阈值计算单元，亮度敏感阈值计算单元用于根据式(2)计算亮度敏感阈值t；

t＝b*0.23+65.11(2)；

其中：t为亮度敏感阈值，b为灰度化图像的像素均值；

疑似细菌区域划分单元，疑似细菌区域划分单元用于将亮度敏感阈值t作为图像二值化分割的固定阈值，划分出所有疑似细菌的区域；

细菌总含量计算单元，细菌总含量计算单元用于由疑似细菌区域筛选出细菌区域，将疑似细菌区域视为连通域，依据细菌的形状大小特性，筛选得到细菌区域，统计细菌区域的数量，得到细菌总含量g。

作为优选的方案，在乳酸杆菌含量测量装置进行乳酸杆菌含量l测量前，利用标注了乳酸杆菌的N张图像对YOLOv5-s模型进行训练，N为整数。

作为优选的方案，还包括图像处理装置，图像处理装置用于在将图像采集装置获取的图像输入YOLOv5-s模型前，对图像采集装置获取的图像进行预处理。

作为优选的方案，YOLOv5-s模型输出图像中乳酸杆菌的大小和位置。

与现有技术相比，本发明一种基于图像的妇科分泌物中加德纳菌含量测量方法及装置具有如下的有益效果：

第一，本发明发现图像亮度与亮度敏感阈值存在一阶关系，将亮度敏感阈值作为图像二值化的阈值参数，划分出所有疑似细菌的区域，使得在图像分割疑似细菌区域时避免受到荧光染色亮度波动的影响。

第二，本发明通过分析检测全部的细菌含量以及依照杆状特征获得乳酸杆菌含量，进行加德纳菌含量的间接测定，实现了现有算法难以识别的小目标的含量测量。

第三，本发明可以有效满足临床诊断需求的加德纳菌含量测定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的妇科分泌物中加德纳菌含量测量方法的流程图。

图2为本发明实施例提供的细菌总含量测量流程图。

图3为本发明实施例提供的获取的荧光染色后的妇科分泌物显微图像。

图4为本发明实施例提供的显微图像灰度化处理后划分所有疑似细菌区域的结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

“包括”元件的表述是“开放式”表述，该“开放式”表述仅仅是指存在对应的部件或步骤，不应当解释为排除附加的部件或步骤。

为了达到本发明的目的，基于图像的妇科分泌物中加德纳菌含量测量方法及装置的其中一些实施例中，妇科分泌物中加德纳菌含量测量方法，具体包括以下步骤，如图1所示：

S1：通过显微镜获取荧光染色后的妇科分泌物显微图像，如图3所示；

S2：测量S1获取的图像中的细菌总含量g，通过YOLOv5-s模型识别S1获取的图像中的乳酸杆菌，统计乳酸杆菌含量l；

S3：根据S2得到的细菌总含量g和乳酸杆菌含量l，通过式(1)计算得到妇科分泌物样本中的加德纳菌含量GV；

GV＝g-l(1)。

进一步，在上述实施例的基础上，细菌总含量g通过以下步骤得到，如图2所示；

a1：对S1获取的图像进行灰度化处理，统计灰度化图像的像素均值b，并将其作为图像亮度的量化指标；

a2：根据式(2)计算亮度敏感阈值t；

t＝b*0.23+65.11(2)；

其中：t为亮度敏感阈值，b为灰度化图像的像素均值；

a3：将亮度敏感阈值t作为图像二值化分割的固定阈值，划分出所有疑似细菌的区域，如图4所示；

a4：由疑似细菌区域筛选出细菌区域，将疑似细菌区域视为连通域，依据细菌的形状大小特性，筛选得到细菌区域，统计细菌区域的数量，得到细菌总含量g。

妇科分泌物显微图像的尺寸是2736×1824，加德纳菌的尺寸不超过其3％，因此，若直接以加德纳菌为小目标，难以被深度网络的感受野捕获，现有算法不易进行直接检测。

本发明发现妇科分泌物中的杂乱微小目标主要由加德纳菌和乳酸杆菌组成，因此通过分析检测全部的细菌含量以及依照杆状特征获得乳酸杆菌含量，进行加德纳菌含量的间接测定。

荧光染色场景下，不同内容的图像亮度变化较大。若采用某一固定值作为二值化阈值分割疑似细菌区域，极易受到图像亮度波动的影响。本发明发现图像亮度与亮度敏感阈值存在一阶关系，将亮度敏感阈值作为图像二值化的阈值参数，划分出图像中所有疑似细菌的区域，使得在图像分割疑似细菌区域时避免受到荧光染色亮度波动的影响。

a4中，由疑似细菌区域筛选出细菌区域的过程，是将疑似细菌区域视为连通域，判定连通域中如：长宽均小于30个像素点的区域为细菌区域，统计其像素点个数，即为图像的细菌总含量。

进一步，在上述实施例的基础上，在乳酸杆菌含量l测量前，利用标注了乳酸杆菌的N张图像对YOLOv5-s模型进行训练，N为整数。N可以为如：100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000等。

进一步，在将S1获取的图像输入YOLOv5-s模型前，对S1获取的图像进行预处理。预处理可以包括但不限于裁剪、尺寸变化等等。

进一步，YOLOv5-s模型输出图像中乳酸杆菌的大小和位置。

下面介绍一具体实施例，YOLOv5-s模型的输入为640×640的妇科分泌物显微图像。首先，将妇科分泌物显微图像裁剪为912×912的不交叠的六张小图，再利用opencv库中的尺寸变换函数resize将图像尺寸变为640×640。

训练过程中，采用标注了乳酸杆菌的1000张图像进行训练。

YOLOv5-s模型的输出为图像中乳酸杆菌的大小和位置。

根据乳酸杆菌的大小，统计乳酸杆菌的含量。

本发明实施例还公开一种基于图像的妇科分泌物中加德纳菌含量测量装置，包括：

图像采集装置，图像采集装置用于获取荧光染色后的妇科分泌物显微图像；

细菌总含量测量装置，细菌总含量测量装置用于测量图像采集装置获取的图像中的细菌总含量g；

乳酸杆菌含量测量装置，乳酸杆菌含量测量装置用于通过YOLOv5-s模型识别图像采集装置获取的图像中的乳酸杆菌，统计乳酸杆菌含量l；

加德纳菌含量计算装置，加德纳菌含量计算装置用于根据细菌总含量测量装置得到的细菌总含量g和乳酸杆菌含量测量装置测量得到的乳酸杆菌含量l，通过式(1)计算得到妇科分泌物样本中的加德纳菌含量GV；

GV＝g-l(1)。

图像采集装置可以但不限于为显微镜。

进一步，在上述实施例的基础上，细菌总含量测量装置包括：

像素均值计算单元，像素均值计算单元用于对图像采集装置获取的图像进行灰度化处理，统计灰度化图像的像素均值b，并将其作为图像亮度的量化指标；

亮度敏感阈值计算单元，亮度敏感阈值计算单元用于根据式(2)计算亮度敏感阈值t；

t＝b*0.23+65.11(2)；

其中：t为亮度敏感阈值，b为灰度化图像的像素均值；

疑似细菌区域划分单元，疑似细菌区域划分单元用于将亮度敏感阈值t作为图像二值化分割的固定阈值，划分出所有疑似细菌的区域；

细菌总含量计算单元，细菌总含量计算单元用于由疑似细菌区域筛选出细菌区域，将疑似细菌区域视为连通域，依据细菌的形状大小特性，筛选得到细菌区域，统计细菌区域的数量，得到细菌总含量g。

进一步，在乳酸杆菌含量测量装置进行乳酸杆菌含量l测量前，利用标注了乳酸杆菌的N张图像对YOLOv5-s模型进行训练，N为整数

进一步，还包括图像处理装置，图像处理装置用于在将图像采集装置获取的图像输入YOLOv5-s模型前，对图像采集装置获取的图像进行预处理。

进一步，YOLOv5-s模型输出图像中乳酸杆菌的大小和位置。

以上多种实施方式可交叉并行实现。

与现有技术相比，本发明一种基于图像的妇科分泌物中加德纳菌含量测量方法及装置具有如下的有益效果：

第一，本发明发现图像亮度与亮度敏感阈值存在一阶关系，将亮度敏感阈值作为图像二值化的阈值参数，划分出所有疑似细菌的区域，使得在图像分割疑似细菌区域时避免受到荧光染色亮度波动的影响。

第二，加德纳菌尺寸较小，难以被深度网络的感受野捕获，用现有算法难以进行直接检测。而妇科分泌物中的杂乱微小目标主要由加德纳菌和乳酸杆菌组成，因此通过分析检测全部的细菌以及依照杆状特征获得杆菌含量，进行加德纳菌含量的间接测定。本发明通过分析检测全部的细菌含量以及依照杆状特征获得乳酸杆菌含量，进行加德纳菌含量的间接测定，实现了现有算法难以识别的小目标的含量测量。

第三，本发明可以有效满足临床诊断需求的加德纳菌含量测定。

应当理解，这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和装置，或者本发明的方法和装置的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被该机器执行时，该机器变成实践本发明的装置。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。