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MIAS-1圖像分析系統(tǒng)是在多年科研實(shí)踐基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的24位真彩色通用圖像檢測(cè)與分析軟件。該軟件以數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)，采用了大量先進(jìn)的圖像處理與分析算法，可以完成各種顯微圖像的處理、分析和檢測(cè)。MIAS-1圖像分析軟件的每一條代碼都經(jīng)過(guò)反復(fù)推敲和嚴(yán)格測(cè)試，具有很高的空間效率和時(shí)間效率及可靠性和穩(wěn)定性，是從事圖像處理、分析與檢測(cè)的有效工具。

圖1.1 系統(tǒng)主界面

MIAS-1提供的圖像處理與分析功能，覆蓋圖像定量分析的幾乎所有應(yīng)用領(lǐng)域，包括材料、冶金、醫(yī)藥、生物、化工、摩擦學(xué)等各種需要利用圖像手段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)和形態(tài)學(xué)自動(dòng)分析、測(cè)定的領(lǐng)域。凡是與圖像形態(tài)學(xué)有關(guān)的各種檢測(cè)與分析都可以利用MIAS-1來(lái)完成。例如組織細(xì)胞形態(tài)學(xué)分析，金屬顯微組織及晶粒度分析，油料中污染物含量分析，農(nóng)業(yè)種子形態(tài)分析，各種微小異形零件幾何尺寸測(cè)量，化學(xué)工業(yè)中各種反應(yīng)物粒子的形態(tài)分析等都可以利用MIAS-1來(lái)完成。利用MIAS-1提供的分析結(jié)果，可使企業(yè)質(zhì)量控制更具科學(xué)依據(jù)，提高企業(yè)管理水平和對(duì)外形像，是企業(yè)從事科技新產(chǎn)品開發(fā)，產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控的有效工具。MIAS-1亦可作為理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)分析和基礎(chǔ)科學(xué)研究的有效工具。下面是MIAS-1完成的一些圖像處理與分析實(shí)例。

圖1.2  網(wǎng)狀圖像變形處理

圖1.3  齒輪輪齒檢測(cè)

(a)齒輪圖像 （b）輪齒檢測(cè)結(jié)果

圖1.4 像邊緣檢測(cè)

(a) 原始圖像 （b）邊緣圖像

圖1.5圖像骨架

(a)原始圖像   (b)圖像骨架

圖1.6分葉細(xì)胞核分析

(a)原始圖像  (b)分析結(jié)果（分葉自動(dòng)切分）

1.7細(xì)胞統(tǒng)計(jì)分析

(a)原始圖像     (b)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

圖1.8鋼筋根數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)

(a) 原始圖像   (b) 自動(dòng)切分結(jié)果   (c) 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖1.9 限定區(qū)域內(nèi)的組織分析

圖1.10 機(jī)械零件幾何參數(shù)測(cè)量

圖1.11 晶粒層片厚度及角度測(cè)量

圖1.12 晶界抽取

圖1.13  圖像標(biāo)注

圖1.14 彩色圖文報(bào)告編輯

MIAS-1的主要特點(diǎn)：

符合GB15445，美國(guó)ASTM112 及ISO9276標(biāo)準(zhǔn)；

支持TWAIN接口標(biāo)準(zhǔn)掃描儀及數(shù)字相機(jī)，支持多種圖像采集卡；

充分利用WINDOWS系統(tǒng)資源，支持WIN95，WIN98操作環(huán)境；

新的程序設(shè)計(jì)手段，全漢化圖文界面，可泊位圖形工具條，使用簡(jiǎn)潔、直觀、方便、快捷，只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)，便可完成分析；

提供在線中文幫助提示，無(wú)需專業(yè)培訓(xùn)，便可掌握使用方法；

提供多種功能強(qiáng)大的區(qū)域選取工具，可對(duì)任意形狀的區(qū)域進(jìn)行處理與分析；

可完成包括色度調(diào)整，圖像變形，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理，圖像增強(qiáng)，圖像匹配，紋理分析，特征識(shí)別等一百多種專業(yè)圖像處理與分析操作；

支持24位真彩色圖像采集、支持RGB、CMY、HSV、Lab、YUV等彩色模型的處理與分析；

分析數(shù)據(jù)的可視化處理使分析結(jié)果與圖像之間構(gòu)成直接映射關(guān)系，便于觀察分析；

先進(jìn)的顆粒自動(dòng)識(shí)別、粘連顆粒自動(dòng)切分功能，保證了復(fù)雜圖像的準(zhǔn)確分析；

自動(dòng)分析處理步驟編輯功能，能夠完成全自動(dòng)分析過(guò)程的設(shè)置；

悔步、重復(fù)功能，使用戶能夠找到上佳處理路徑；

幾何參數(shù)測(cè)量功能，細(xì)長(zhǎng)體、塊狀體、顆粒體、線狀體等各種特征體的自動(dòng)定量分析功能，分析參數(shù)達(dá)一萬(wàn)多項(xiàng)；

彩色圖文報(bào)告編輯制作功能，可完成各種形式的彩色圖文報(bào)告，圖像、分析數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分布直方圖可直接插入報(bào)告，打印輸出。用戶還可根據(jù)需要制作各種形式的報(bào)告模板，加快報(bào)告制作過(guò)程；

分析結(jié)果可存入數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)分析，或調(diào)用Excel制作電子圖表；

圖像輸出功能，可以照片質(zhì)量輸出圖像，輸出圖像的大小和位置可任意調(diào)整，并能按嚴(yán)格的標(biāo)尺輸出圖像。

MIAS-1主要處理與分析功能

1.幾何尺寸檢測(cè)

直線、曲線、圓、橢圓、矩形、任意形的長(zhǎng)度、角度、面積、周長(zhǎng)不點(diǎn)與直線位置測(cè)量、直線與直線、直線與圓弧、圓弧與圓弧等幾何參數(shù)測(cè)量。測(cè)量單位微米、毫米、厘米、分米、英寸任選；

2.圖像變形及幾何矯正

水平鏡像、垂直鏡像、平移、傾斜，縮放、旋轉(zhuǎn)、透視、漫游、任意、網(wǎng)狀變形等；

3.區(qū)域選取工具

魔杖、套索、橢圓、矩形、圓形工具、方形工具；

4.區(qū)域處理

區(qū)域反選，區(qū)域擴(kuò)大，區(qū)域縮小，邊界圓滑、平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、任意變形；

5.圖像處理

（1）色調(diào)處理

負(fù)像、灰值化、色調(diào)調(diào)整、顏色平衡、亮度反差調(diào)整；

（2）圖增像強(qiáng)

照明場(chǎng)均勻、直方圖拉伸、直方圖均衡，灰值函數(shù)變換等；

（3）邊緣檢測(cè)

Roberts、Laplace、Kirch、Prewitt、水平、垂直、左45、右45等邊緣檢測(cè)；

（4）圖像平滑

均值、中值、低通濾波等；

（5）灰值形態(tài)學(xué)

腐蝕、膨脹、開、閉，開閉、波峰、波谷、形態(tài)學(xué)梯度、混合濾波等；

（6）圖像常數(shù)運(yùn)算

RGB各通道加、減、乘、除、乘方、指數(shù)等運(yùn)算；

（7）圖像間運(yùn)算

RGB各通道加、減、乘、除、與、或、非、與非、或非、距離、特征與等運(yùn)算；

（8）其他濾波器

自定義濾波器、馬賽克、黑斑去除、黑區(qū)增強(qiáng)等；

6.分析目標(biāo)處理

分析目標(biāo)擴(kuò)大，分析目標(biāo)縮小，邊界圓滑、分析目標(biāo)刪除、孔洞填充、內(nèi)外輪廓抽取、形態(tài)學(xué)梯度，骨架化，骨架純化，分支修剪，斷點(diǎn)修復(fù)等；

7.分析參數(shù)

包括：

（1）幾何參數(shù)

（2）位置參數(shù)

（3）當(dāng)量幾何參數(shù)

（4）外接幾何參數(shù)

（5）光密度參數(shù)

（6）形態(tài)學(xué)參數(shù)

（7）矩參數(shù)

（9）孔洞參數(shù)

（10）其他參數(shù)

其中個(gè)體參數(shù)100多項(xiàng)，統(tǒng)計(jì)參數(shù)100多項(xiàng)，分析參數(shù)總數(shù)達(dá)10000多項(xiàng)；

8.分析參數(shù)可視化處理

分析結(jié)果與圖像之間直接影射顯示。特定目標(biāo)及其長(zhǎng)軸、質(zhì)心、外接矩形、凸包，編號(hào)等抽取顯示。分析目標(biāo)不同透明度顏色疊層顯示；

9.其他功能

系統(tǒng)還提供了吸管、畫筆、填充、直線、移動(dòng)、剪裁、標(biāo)尺、測(cè)量等幾十種交互式處理工具，可完成圖像變形、加注標(biāo)尺、箭頭、文字、繪制各種圖形等操作。

MIAS-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  MIAS-1可分為以下幾個(gè)功能部分：

1．圖像處理部分

2．區(qū)域選取與處理部分

3．分析目標(biāo)選取與處理部分

4．目標(biāo)分析部分

5．圖像輸入輸出部分

6．系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

7．交互式工具

8．圖文報(bào)告生成器

  MIAS-1完成圖像分析的過(guò)程，可用下面的框圖來(lái)描述：

圖1.13系統(tǒng)工作原理框圖

下面對(duì)框圖作一些解釋。

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

在作分析之前，首先要完成對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的正確設(shè)置，這些參數(shù)包括：

（1）采集圖像的大小

系統(tǒng)通過(guò)圖像采集卡采集到的圖像尺寸，可采集圖片尺寸大于等于32×32，小于等于768×576。

（2）尺寸標(biāo)定

尺寸標(biāo)定用于確定每一個(gè)像素所表示的實(shí)際尺寸，單位為微米/像素，毫米/像素，厘米/像素，英寸/像素等可根據(jù)需要選擇。

（3）落射光透射光設(shè)定

當(dāng)要分析的目標(biāo)較背景亮度高時(shí)，應(yīng)采用落射光分析，否則采用透射光分析。

（4）分析參數(shù)設(shè)定

系統(tǒng)提供了一百多種分析參數(shù)（見后面分析參數(shù)列表），分析時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成全部參數(shù)的測(cè)量與計(jì)算。利用這些參數(shù)，還可以進(jìn)一步完成一百多項(xiàng)統(tǒng)計(jì)分析，故系統(tǒng)總共可完成一萬(wàn)多項(xiàng)參數(shù)分析。在實(shí)際應(yīng)用中，并不需要所有這些參數(shù)，可以通過(guò)分析參數(shù)設(shè)定功能來(lái)確定實(shí)際要輸出的分析參數(shù)。

（5）自動(dòng)處理與分析步驟設(shè)定

在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)遇到需要多次重復(fù)的操作，這時(shí)可以用自動(dòng)分析與處理步驟設(shè)定功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理與分析。大部分圖像分析工作，需要在實(shí)際操作中摸索確定優(yōu)異處理路線，將這些分析步驟利用自動(dòng)處理與分析步驟設(shè)定功能記錄下來(lái)，可以使一些比較復(fù)雜的處理與分析過(guò)程一步完成。

上述設(shè)置過(guò)程也可以在分析過(guò)程中完成，用戶可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)確定。

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置完成后，便可以開始進(jìn)行圖像分析工作。框圖中給出了分析過(guò)程的流程。

圖像輸入

為了完成圖像分析工作，首先要輸入圖像。圖像可以通過(guò)攝像機(jī)采集，可以從磁盤中讀入，也可以從剪貼板中輸入。

區(qū)域選取

圖像輸入系統(tǒng)后，應(yīng)根據(jù)情況選取分析區(qū)域。分析區(qū)域就是用戶對(duì)圖像感興趣的區(qū)域，可以是一個(gè)矩形，也可以是任何形狀和大小的區(qū)域。如果沒有選取分析區(qū)域，則整個(gè)圖像都將做為系統(tǒng)分析對(duì)像。系統(tǒng)提供了六種工具用于選取分析區(qū)域，這些工具包括：魔杖、橢圓形區(qū)域選取工具、矩形區(qū)域選取工具、套索區(qū)域選取工具、圓形區(qū)域修正工具、方形區(qū)域修正工具。

分析區(qū)域處理

分析區(qū)域選定后，可以根據(jù)需要對(duì)分析區(qū)域的幾何形狀和位置、大小等作進(jìn)一步處理。系統(tǒng)提供了9種區(qū)域處理方法。

圖像處理

圖像處理的目的是為了更好地完成圖像分析。系統(tǒng)為圖像處理提供了大量工具和算法，大體可以分為幾何處理、圖像增強(qiáng)處理、圖像平滑處理、灰值形態(tài)學(xué)處理、圖像間的運(yùn)算處理等。

目標(biāo)選取

圖像前期處理完成后，便可以對(duì)要分析的目標(biāo)進(jìn)行各種分析。在分析之前，首先應(yīng)選取要分析的目標(biāo)，選取的方法是將要分析的目標(biāo)涂上標(biāo)記顏色。系統(tǒng)提供了三種目標(biāo)選取方法和九種目標(biāo)選取處理工具，這些工具包括：直線、鉛筆、套索、橢圓、矩形、圓形限域、方形限域、填充、剪刀工具。

目標(biāo)處理

分析目標(biāo)選取完成后，可以對(duì)選中的目標(biāo)作進(jìn)一步處理。這些處理包括分析目標(biāo)擴(kuò)大、縮小、中值濾波，邊緣圓滑、邊界抽取、骨架化等。另外，系統(tǒng)還提供了九種目標(biāo)處理工具，可完成目標(biāo)的各種交互式處理。

目標(biāo)分析

完成目標(biāo)選取與必要的處理后，便可以進(jìn)行目標(biāo)分析。系統(tǒng)提供了顆粒自動(dòng)切分分析、含孔自動(dòng)分析、直接分析等分析方法。

分析結(jié)果觀察及數(shù)據(jù)處理

目標(biāo)分析完成后，會(huì)得到一百多項(xiàng)分析數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將這些分析數(shù)據(jù)和圖像目標(biāo)之間建立起一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。這時(shí)可以根據(jù)數(shù)據(jù)查找對(duì)應(yīng)的目標(biāo)，或根據(jù)目標(biāo)觀察對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。另外，還可以對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行排序、編號(hào)、刪除等操作。由于這些數(shù)據(jù)直接來(lái)自原始圖像，同時(shí)與分析目標(biāo)之間存一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，我們稱這些數(shù)據(jù)為可視化數(shù)據(jù)。

如果希望對(duì)這些原始數(shù)據(jù)作進(jìn)一步分析，系統(tǒng)還提供了一百多項(xiàng)統(tǒng)計(jì)分析算法；如變異系數(shù)、極差、均值、標(biāo)準(zhǔn)差、一元分類統(tǒng)計(jì)分析等。如果希望作更詳盡的分析，系統(tǒng)還可以將分析結(jié)果傳入Excel完成圖表制作及各種統(tǒng)計(jì)分析，詳盡操作方法參見第九章。

樣本分析與圖文報(bào)告制作

系統(tǒng)為用戶提供了一個(gè)功能完備的圖文報(bào)告生成器，用戶可以將采集到的圖像和分析結(jié)果組織成精美的彩色圖文報(bào)告打印輸出或存檔。