WO2015169675A1 - Verfahren zum segmentieren eines farbbildes sowie digitales mikroskop - Google Patents

Verfahren zum segmentieren eines farbbildes sowie digitales mikroskop Download PDF

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WO2015169675A1
WO2015169675A1 PCT/EP2015/059417 EP2015059417W WO2015169675A1 WO 2015169675 A1 WO2015169675 A1 WO 2015169675A1 EP 2015059417 W EP2015059417 W EP 2015059417W WO 2015169675 A1 WO2015169675 A1 WO 2015169675A1
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Joshua Sujit RAJAN Y
Utpal SARKAR
Jochen Schweizer
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Carl Zeiss Microscopy GmbH
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    • G06T2207/10024—Color image
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    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10056—Microscopic image

Definitions

  • the present invention initially relates to a method for segmenting a color image composed of picture elements, which has been recorded for example with a digital microscope and is to be subjected to an automatic analysis.
  • the invention furthermore relates to a digital microscope with which the inventive method is carried ⁇ feasible.
  • the DE 698 30 583 T2 discloses an image data processing method that receives input data, which are divided into elementary Einhei ⁇ th of information. It indicates the different suitability of the HLS color space and the RGB color space for various analyzes.
  • DE 44 19 395 A1 discloses a method for analyzing color images for the purpose of object recognition, in which RGB image values are transformed into the HSI color space in order to classify individual pixels based on their color.
  • Pixel of the Euclidean distance is calculated. If the distance is less than or equal to a predetermined one
  • Threshold the pixel is maintained and otherwise removed, so that in the end only a segmented zone can be seen. It works with only one color space.
  • the object of the present invention is to improve the segmentation of color images, in particular of microscopically recorded color images, in such a way that they are even closer to human perception.
  • the above object is achieved by methods according to the appended claims 1 and 2 and by a digital
  • the inventive method is used for automatic segmentation of a color image composed of pixels, which was taken in particular with a digital microscope.
  • a digital microscope is understood here to mean a microscope, in which the user is the one to be microscoped
  • the microscope comprises an image pickup unit, in particular an electronic image converter. Recorded with the image sensor images are processed as digital information and the user on a display unit, insbeson ⁇ broader displayed on a monitor.
  • image evaluation ⁇ for example as part of Quality Assurance and Quality Control (QA / QC).
  • the inventive method relates in particular to such image analysis.
  • At least one region is determined in the color image, which represents, for example, an object depicted in the color image without background, so that the silhouette of the object determines the boundary of the region.
  • the at least one segmented region may represent a multiple ⁇ image imaged in the color component of a composite object or medium.
  • a segmented region is usually not rectangular, but arbitrarily shaped.
  • the area does not have to be contiguous, or more segmented areas are determined by segmentation.
  • the area to be segmented may be an area which should be used exclusively for further evaluation or which should not be used for further evaluation.
  • the method according to the invention comprises a step in which a color is selected which represents at least one region of the color image to be segmented. This selection is preferably carried out by the user, in particular at a man-machine interface. Preferably, a plurality of pixels of the region to be segmented have the selected color or at least one color approaching the selected color.
  • the colors assigned to the pixels and the selected color are provided in accordance with a first color model based on three color stimuli.
  • the three color stimuli are preferably formed by three primary colors of an additive color mixture.
  • Particularly preferred is the first color model by the
  • the RGB color model formed.
  • the first color model is formed for example by the CMYK color model or by a comparable color model. Since the RGB color model is widely used in image processing, this requires
  • a determination of a distance measure is carried out for each of the image Points.
  • the distance measure represents in each case a distance between the selected color described according to the first color model and the color of the respective pixel described according to the first color model. Thus, it is the distance between the selected color and the color of the respective pixel in one according to FIG first Farbmo ⁇ dell formed color space.
  • the distance dimension is formed by the Euclidean distance.
  • distance measures of other metrics can also be used.
  • the colors assigned to the pixels and the selected color are provided according to a perception-oriented second color model.
  • the second color model is based on perceptual quantities such as color information and brightness information.
  • the color information includes hue and color saturation.
  • the hue is also called color value.
  • at least one hue of the colors assigned to the pixels and one hue of the selected color are determined.
  • the second color model is particularly preferably formed by the HSV color model. Also, the second color model can by the
  • the HSV color model represents.
  • the HSV color model includes one designated as "Hue" component which corresponds to the color.
  • the Hue component is for determining the pixels supplied arrange ⁇ th colors, and for the selected color with the use of the HSV color model, at least in each case.
  • one of the pixels is assigned to the segmented region if this is assigned to the respective pixel
  • Threshold value is preferably determinable by the user, particularly preferably in interactive form at a man-machine interface. Also the interval, d. H. the limits of the interval are preferably determinable by the user, particularly preferably in interactive form on a human
  • the mapping of one of the pixels to the segmented region occurs when the distance measure associated with the respective pixel is below the settable threshold and when the hue associated with the respective pixel is within the determinable interval around the hue associated with the selected color, preferably for each of the pixels.
  • a particular advantage of the method is that it is the advantages of the different color models, regarding their suitability for segmentation foiled ⁇ nigt.
  • Perceptual color models like that
  • HSV color model are easy to interpret for the human user, but they have the disadvantage that are selected by a selection of an achromatic color, such as black, gray or white all possible hues for segmentation, which is not appropriate. Also, it is difficult for the user to make settings for the three components hue, chroma, and lightness to the desired
  • the color models based on three color stimuli have the disadvantage that a distance measure, such as the Euclidean distance, only partially corresponds to the distance between two colors perceived by humans.
  • a distance measure such as the Euclidean distance
  • the method according to the invention has two parameters, namely the threshold value for the distance measure and the interval for the hue, which can be set intuitively and with little effort by the human user in order to be able to achieve an optimum result in segmentation.
  • a particularly preferred embodiment of the inventive method further comprises a step in which it is checked whether the selected color is achromatic.
  • a color is achromatic if it has no color tone.
  • the achromatic colors are black, gray and white.
  • Checking whether the selected color being ⁇ is achromatic is preferably characterized in that it is checked whether the selected color as described according to the first color model values for the same three color stimuli
  • the selected color as described according to the RGB color model has, for example, so that the selected color as described according to the RGB color model has the same values for Components ⁇ th red, green and blue.
  • brightness values are determined the colors assigned to the pixels and the selected color. Each pixel and the selected color is thus assigned a brightness value.
  • the brightness value is preferably given by a gray value or by the component of the HSV color model designated "Value” or by the component of the HSI color model designated as "Inten sity".
  • Brightness value is within a definable interval around the brightness value assigned to the selected color.
  • the conditions mentioned are logically linked by a conjunction, so that all conditions must be fulfilled so that the respective pixel is segmented
  • the above-described step of providing the colors associated with the pixels and the selected color according to the second color model is substantiated in so far as it takes place if the selected color is not achromatic.
  • the above-described step of assigning one of the pixels to the segmented region is when the distance measure assigned to the respective pixel is below the definable threshold value and if the hue assigned to the respective pixel in the determinable interval is around the hue associated with the selected color is, to the extent that it takes place, if the selected color is not achromatic.
  • This particularly preferred embodiment has the advantage that, in the case of an achromatic selected color, the pixels are processed in a special way, whereby they are assigned or not assigned to the segmented region even more in accordance with human perception.
  • one of the pixels is assigned to the segmented region if the selected color is not colored and if the distance measure assigned to the respective pixel is below the definable threshold value and if the brightness value assigned to the respective pixel is within the predefinable interval by the brightness value assigned to the selected color is, preferably for each of the image ⁇ points.
  • the provision of the colors associated with the pixels and of the selected color according to the second color model preferably takes place in that the colors assigned to the pixels described in accordance with the RGB color model and the selected color described according to the RGB color model in each case
  • the segmented color image or at least the segmented image is displayed
  • the presentation takes place preferably on a display ⁇ unit, particularly on a monitor.
  • the at least one segmented region is preferably characterized or represented by highlighting in the color image, for example by a false color technique, or by not displaying the remaining regions of the color image or else by exclusively not displaying the segmented region.
  • the displaying of the segmented region is preferably carried out within a graphical user interface, which is flat ⁇ if part of man-machine interface for selecting the color to be selected and for entering the threshold value and the interval.
  • the user is preferably through the man-machine interface to be prompted to select the selected is color, then the smoldering ⁇ lenwert for the spacing and then to choose the interval, the user prefers to either the interval of the lightness value setting in the case of achromatic selected color or for adjusting the interval of the hue in the case of the non-achromatic selected color is ⁇ calls.
  • the user is preferably provided with a graphical selection tool, such as a mouse.
  • a pipette is displayed.
  • the user For adjusting the threshold value and the interval, the user is preferably provided with graphic adjustment elements, such B. Slider displayed.
  • the manual selection of the color and the manual adjustment of the adjusting elements preferably lead to the immediate representation of the resulting by the changed selection of the color or by the changed threshold or the resulting due to the changed interval segmented area.
  • the selection tool and the adjustment elements are initially set to default values.
  • the default values of the respective interval are preferably adjusted so that the brightness value of ⁇ be selected color and the hue of the selected color are centered in the corresponding interval.
  • the digital microscope according to the invention initially comprises an image recording unit, which is preferably provided by an electronic image converter, for. As a CCD sensor or a CMOS sensor is formed.
  • the digital microscope further comprises an image processing unit for carrying out the invention
  • the image processing unit may be out ⁇ forms as an integral part of the digital microscope.
  • the image processing unit can also be formed, for example, by a free-programmable computer assigned to the digital microscope.
  • the image processing unit is designed in particular for implementing preferred embodiments of the method according to the invention.
  • the digital microscope according to the invention also prefers such features that are described above in connection with the method according to the invention.
  • the digital microscope preferably comprises a display unit which z. B. is formed by a monitor.
  • Display unit used to display the captured by the image pickup unit ⁇ images, in particular also for depicting ⁇ development of the segmented color image, or at least the Minim ⁇ least one segmented region.
  • the digital microscope preferably further comprises a
  • Man-machine interface in particular the selection of the color representing the segment to be segmented, the definition of the threshold value for the distance measure and the determination of the interval around the color assigned to the selected color and, if necessary, the determination of the interval around that of the selected color Brightness value enabled.
  • the display unit preferably forms part of the human-machine interface.
  • the man-machine interface is designed such that ⁇ nde ⁇ stanchions direct impact on the selection of color and in the determination of the threshold value and the said intervals to the representation of the segmented region.
  • a color image consisting of pixels in RGB format is provided and the User selects a color present in the color image which is present in a region of the color image to be segmented at the user's request.
  • the user will therefore select a color which is typical of the area to be segmented and is predominantly present there.
  • the segmen to ⁇ animal border area need not be contiguous.
  • the color image is, in particular, the image taken with a digital microscope.
  • each image ⁇ point of the color image is assigned a value of the Euclidean distance between the RGB color values of the respective pixel and the RGB color values of the selected color.
  • a first stage of the segmentation is made. For each pixel, it is checked whether the Euclidean distance value assigned to it reaches a threshold set by the user or not.
  • the next step is to see if the selected color represents a grayscale, i. H. whether it is black, gray or white, which equates to the criterion of whether the selected color is achromatic. In this case, the values of the components red, green and blue are the same. In a vast number of cases, the selected color represents a grayscale, i. H. whether it is black, gray or white, which equates to the criterion of whether the selected color is achromatic. In this case, the values of the components red, green and blue are the same. In a vast number of cases, the selected color represents a grayscale, i. H. whether it is black, gray or white, which equates to the criterion of whether the selected color is achromatic. In this case, the values of the components red, green and blue are the same. In a vast number of cases, the selected color represents a grayscale, i. H. whether it is black, gray or white, which equates to the criterion of whether the
  • Color is not gray scale, d. H. be colorful, whereupon
  • a conversion of the color image and the selected ⁇ th color from the RGB color space in the HSV color space is done.
  • the hue component ie the hue component for the next step of relevance, so that can be dispensed with the other components.
  • a second stage of Segmen ⁇ tion is made. For each pixel, it is checked whether the value of the hue component assigned to it is higher than a user defined upper interval limit or lower than a user defined lower interval limit, ie whether the value of the hue component in a by the
  • the interval set by the user includes the value of the hue component of the selected color. This results in a logical value for a size "Segment2" for each pixel.
  • “Segment2" is linked to each of the pixels by a logical AND, and the pixels are each assigned to the segmented region if the size "segmentl" and the size "segment2" are respectively logically true for the pixel in question
  • the selected color will be a grayscale, ie, be achromatic, whereupon grayscale values for the color image pixels and for the selected color will first be determined to be included in them as well
  • This second stage of segmentation differs from the second stage of segmentation described above in the case of a non-achromatic selected color, in this case, in the case of an achromatic selected color, it is checked for each pixel whether or not it has been selected assigned gray value is higher than a festge ⁇ set by the user upper interval limit or lower than a specified by the user lower interval limit, ie whether the gray value is in an interval specified by the user or not.
  • the interval specified by the user includes the gray value of the selected color. This results in a logical value for
  • Segment2 is linked to each of the pixels by a logical AND, and the pixels are each assigned to the segmented region if the size "segmentl” and the size “segment2" are respectively logically true for the pixel in question and the segmentation is completed in the present case of an achromatic selected color.
  • the segmented region for the user is displayed, for example, by a

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Segmentieren eines aus Bildpunkten zusammengesetzten Farbbildes, welches beispielsweise mit einem digitalen Mikroskop aufgenommen wurde und einer automatischen Analyse unterzogen werden soll. Die Erfindung betrifft im Weiteren ein digitales Mikroskop, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Das Verfahren sieht vor, zunächst eine Farbe auszuwählen, welche einen zu segmentierenden Bereich des Farbbildes repräsentiert. Die den Bildpunkten zugeordneten Farben und die ausgewählte Farbe sind gemäß einem auf drei Farbreizen basierenden ersten Farbmodell bereitzustellen. Es ist ein Abstandsmaß für jeden der Bildpunkte zu bestimmen, welches einen Abstand zwischen der ausgewählten Farbe und der Farbe des jeweiligen Bildpunktes gemäß dem ersten Farbmodell darstellt. Die den Bildpunkten zugeordneten Farben und die ausgewählte Farbe sind gemäß einem wahrnehmungsorientierten zweiten Farbmodell bereitzustellen, wofür zumindest jeweils ein Farbton für die den Bildpunkten zugeordneten Farben und für die ausgewählte Farbe bestimmt wird. Einer der Bildpunkte wird zum segmentierten Bereich zugordnet, wenn das dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Abstandsmaß unter einem festlegbaren Schwellenwert liegt und wenn der dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Farbton in einem festlegbaren Intervall um den der ausgewählten Farbe zugeordneten Farbton liegt.

Description

Verfahren zum Segmentieren eines Farbbildes
sowie digitales Mikroskop
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Segmentieren eines aus Bildpunkten zusammengesetzten Farbbildes, welches beispielsweise mit einem digitalen Mikroskop aufgenommen wurde und einer automatischen Analyse unterzogen werden soll. Die Erfindung betrifft im Weiteren ein digitales Mikroskop, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durch¬ führbar ist.
Die DE 698 30 583 T2 zeigt ein Bilddatenverarbeitungsverfahren, welches Eingangsdaten empfängt, die in elementare Einhei¬ ten von Informationen unterteilt sind. Es wird dort auf die unterschiedliche Eignung des HLS-Farbraumes und des RGB- Farbraumes für verschiedenartige Analysen hingewiesen.
Aus der DE 44 19 395 AI ist ein Verfahren zur Analyse von Farbbildern zum Zwecke der Objekterkennung bekannt, bei welchem RGB-Bildwerte in den HSI-Farbraum transformiert werden, um eine Klassifikation einzelner Bildpunkte anhand ihrer Farbe vorzunehmen.
Die DE 102 39 801 AI lehrt ein Verfahren zum Extrahieren von Texturmerkmalen aus einem mehrkanaligen Bild. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel werden für die Klassifikation Merkmale erzeugt, die einerseits im RGB-Raum basierend auf einem Farbdistanzmaß und anderseits im HSV-Raum unter Verwen¬ dung von dort erzeugten Binärmasken berechnet werden.
In Selvarasu, N. et al . „Euclidean Distance Based Co 1or Image Segmentation of Abnormality Detection from Pseudo Co1or Thermographs" , international Journal of Computer Theory and Engineering, vol. 2, no 4, August 2010, 1793-8201, ist die Verwendung des Euklidischen Abstands zur Klassifizierung einzelner Bildpunkte beschrieben. Dort wird ein repräsenta- tiver Bildpunkt ausgewählt, mit welchem für jeden anderen
Bildpunkt der euklidische Abstand berechnet wird. Ist der Abstand kleiner oder gleich eines vorher bestimmten
Schwellwertes, wird der Bildpunkt beibehalten und ansonsten entfernt, so dass am Ende lediglich eine segmentierte Zone zu sehen ist. Dabei wird mit nur einem Farbraum gearbeitet. Die
Segmentierung erfolgt nur nach dem Schwellenwert für das
Abstandsmaß Das Intervall für den Farbton wird nicht beachtet.
In Zakir, U. et al . „Road sign segmentation based on colour Spaces: A Comparative Study", Proceedings of the llth lasted
International Conference on Computer Graphics and Imaging, Innsbruck, Austria. 2010, wird die Kombination des Farbwertes aus dem HSV-Farbraum mit der Chrominanz aus dem YUV-Farbraum durch UND-Verknüpfung beschrieben. Hier werden nur Intervalle zur Segmentierung genutzt.
In Zhan, Chi et al . „A new method of color image segmentation based on intensity and hue clustering", Pattern Recognition, 2000, Proceedings 15th International Conference, vol. 3, IEEE, 2000, wird die Verknüpfung des Farbtons mit der Inten¬ sität beschrieben. Dabei werden diese Werte innerhalb des HSI- Farbraumes bestimmt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, die Segmentierung von Farbbildern, insbesondere von mikroskopisch aufgenommenen Farbbildern, derart zu verbessern, dass sie der menschlichen Wahrnehmung noch näher kommt. Die genannte Aufgabe wird gelöst durch Verfahren gemäß den beigefügten Ansprüchen 1 und 2 sowie durch ein digitales
Mikroskop gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 9.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum automatischen Segmentieren eines aus Bildpunkten zusammengesetzten Farbbildes, welches insbesondere mit einem digitalen Mikroskop aufgenommen wurde. Unter einem digitalen Mikroskop wird hier ein Mikroskop verstanden, bei welchem der Nutzer das zu mikroskopierende
Objekt nicht unmittelbar durch ein Objektiv betrachtet, sondern das Mikroskop eine Bildaufnahmeeinheit, insbesondere einen elektronischen Bildwandler umfasst. Die mit dem Bildwandler aufgenommenen Bilder werden als digitale Informationen verarbeitet und dem Nutzer auf einer Anzeigeeinheit, insbeson¬ dere auf einem Monitor dargestellt. Derartige digitale Mikro¬ skope verfügen zumeist über automatische Funktionen zur Bild¬ auswertung, beispielsweise im Rahmen von Quality Assurance und Quality Control (QA/QC). Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft insbesondere eine solche Bildauswertung.
Durch das Segmentieren wird im Farbbild mindestens ein Bereich bestimmt, welcher beispielsweise ein im Farbbild abgebildetes Objekt ohne Hintergrund darstellt, sodass die Silhouette des Objektes die Berandung des Bereiches bestimmt. Auch kann der mindestens eine segmentierte Bereich einen mehrfach im Farb¬ bild abgebildeten Bestandteil eines zusammengesetzten Objektes oder eines Mediums darstellen. Somit ist ein solcher segmentierter Bereich in der Regel nicht rechteckförmig, sondern beliebig geformt. Auch muss der Bereich nicht zusammenhängend sein bzw. es werden durch das Segmentieren mehrere der segmentierten Bereiche bestimmt. Grundsätzlich kann es sich bei dem zu segmentierenden Bereich um einen Bereich handeln, welcher exklusiv für eine weitere Auswertung verwendet werden soll oder welcher gerade nicht für eine weitere Auswertung verwendet werden soll. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Segmentierung auf der Grundlage der den Bildpunkten zugordneten Farben, die jeweils durch einen Farbort beschreibbar sind. Daher umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt, bei welchem eine Farbe ausgewählt wird, die mindestens einen zu segmentierenden Bereich des Farbbildes repräsentiert. Diese Auswahl erfolgt bevorzugt durch den Benutzer, insbesondere an einer Mensch- Maschine-Schnittstelle. Bevorzugt weisen mehrere Bildpunkte des zu segmentierenden Bereiches die ausgewählte Farbe oder zumindest eine der ausgewählten Farbe nahekommende Farbe auf.
In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen der den Bildpunkten zugeordneten Farben und der ausgewählten Farbe gemäß einem auf drei Farbreizen basierenden ersten Farbmodell. Die drei Farbreize sind bevorzugt durch drei Grundfarben einer additiven Farbmischung gebildet. Besonders bevorzugt ist das erste Farbmodell durch das
RGB-Farbmodell gebildet. Alternativ ist das erste Farbmodell beispielsweise durch das CMYK-Farbmodell oder durch ein vergleichbares Farbmodell gebildet. Da das RGB-Farbmodell in der Bildverarbeitung weit verbreitet ist, erfordert das
Bereitstellen der den Bildpunkten zugeordneten Farben und der ausgewählten Farbe gemäß dem RGB-Farbmodell zumeist keinen zusätzlichen Aufwand, da das vorliegende Farbbild und die ausgewählte Farbe bereits gemäß dem RGB-Farbmodell beschrieben sind.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Bestimmen eines Abstandsmaßes für jeden der Bild- punkte. Das Abstandsmaß stellt jeweils einen Abstand zwischen der gemäß dem ersten Farbmodell beschriebenen ausgewählten Farbe und der gemäß dem ersten Farbmodell beschriebenen Farbe des jeweiligen Bildpunktes dar. Es handelt sich somit jeweils um den Abstand zwischen der ausgewählten Farbe und der Farbe des jeweiligen Bildpunktes in einem gemäß dem ersten Farbmo¬ dell ausgebildeten Farbraum.
Besonders bevorzugt ist das Abstandsmaß durch den Euklidischen Abstand gebildet. Es können aber auch Abstandsmaße anderer Metriken genutzt werden.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen der den Bildpunkten zugeordneten Farben und der ausgewählten Farbe gemäß einem wahrnehmungsori- entierten zweiten Farbmodell. Das zweite Farbmodell basiert auf den wahrnehmungsorientierten Größen wie der Farbinformation und der Helligkeitsinformation. Die Farbinformation umfasst den Farbton und die Farbsättigung. Der Farbton wird auch als Farbwert bezeichnet. Erfindungsgemäß wird zumindest jeweils ein Farbton der den Bildpunkten zugeordneten Farben und ein Farbton der ausgewählten Farbe bestimmt. Das zweite Farbmodell ist besonders bevorzugt durch das HSV-Farbmodell gebildet. Auch kann das zweite Farbmodell durch das
HS I -Farbmodell, durch das HSB-Farbmodell oder durch das HSL-
Farbmodell gebildet sein, deren allgemeinere Form das
HSV-Farbmodell darstellt. Das HSV-Farbmodell umfasst eine als „Hue" bezeichnete Komponente, welche dem Farbton entspricht. Somit wird bei der Verwendung des HSV-Farbmodells zumindest jeweils die Hue-Komponente für die den Bildpunkten zugeordne¬ ten Farben und für die ausgewählte Farbe bestimmt. In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Zuordnen eines der Bildpunkte zum segmentierten Bereich, wenn das dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete
Abstandsmaß unter einem festlegbaren Schwellenwert liegt und wenn der dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Farbton in einem festlegbaren Intervall um den der ausgewählten Farbe zugeordneten Farbton liegt. Die beiden genannten Bedingungen sind logisch durch eine Konjunktion miteinander verknüpft, sodass beide Bedingungen erfüllt sein müssen, damit der jeweilige Bildpunkt dem segmentierten Bereich zugeordnet wird. Der
Schwellenwert ist bevorzugt durch den Benutzer festlegbar, besonders bevorzugt in interaktiver Form an einer Mensch- Maschine-Schnittstelle. Auch das Intervall, d. h. die Grenzen des Intervalls sind bevorzugt durch den Benutzer festlegbar, besonders bevorzugt in interaktiver Form an einer Mensch-
Maschine-Schnittstelle .
Bevorzugt werden alle Bildpunkte auf die beiden Bedingungen geprüft, um sie jeweils dem segmentierten Bereich zuzuordnen oder dem segmentierten Bereich nicht zuzuordnen. Somit erfolgt das Zuordnen eines der Bildpunkte zum segmentierten Bereich, wenn das dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Abstandsmaß unter dem festlegbaren Schwellenwert liegt und wenn der dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Farbton in dem festlegbaren Intervall um den der ausgewählten Farbe zugeordneten Farbton liegt, bevorzugt für jeden der Bildpunkte.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es die Vorteile der unterschiedlichen Farbmodelle, betreffend ihre Eignung zur Segmentierung verei¬ nigt. Wahrnehmungsorientierte Farbmodelle, wie das
HSV-Farbmodell, sind für den menschlichen Benutzer leicht interpretierbar, jedoch weisen sie den Nachteil auf, dass durch eine Auswahl einer unbunten Farbe, wie Schwarz, Grau oder Weiß alle möglichen Farbtöne zur Segmentierung miterfasst sind, was nicht sachgerecht ist. Auch ist es für den Benutzer schwierig, Einstellungen für die drei Komponenten Farbton, Farbsättigung und Hellwert vorzunehmen, um die gewünschte
Farbe zu erfassen. Die auf drei Farbreizen basierenden Farbmodelle, wie das RGB-Farbmodell weisen den Nachteil auf, dass ein Abstandsmaß, wie der Euklidische Abstand, nur teilweise dem durch den Menschen wahrgenommenen Abstand zwischen zwei Farben entspricht. Durch die Vereinigung der Vorteile der beiden unterschiedlichen Farbmodelle kommt das erfindungsge¬ mäße Verfahren der menschlichen Wahrnehmung deutlich näher. Das erfindungsgemäße Verfahren weist zwei Parameter auf, nämlich den Schwellenwert für das Abstandsmaß und das Inter- vall für den Farbton, die durch den menschlichen Benutzer intuitiv und aufwandsarm einstellbar sind, um ein optimales Ergebnis beim Segmentieren erzielen zu können.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Verfahrens umfasst weiterhin einen Schritt, bei welchem geprüft wird, ob die ausgewählte Farbe unbunt ist. Eine Farbe ist unbunt, wenn sie keinen Farbton aufweist. Die unbunten Farben sind Schwarz, Grau und Weiß. Das Prüfen, ob die ausge¬ wählte Farbe unbunt ist, erfolgt bevorzugt dadurch, dass geprüft wird, ob die gemäß dem ersten Farbmodell beschriebene ausgewählte Farbe gleiche Werte für die drei Farbreize
aufweist, beispielsweise also, ob die gemäß dem RGB-Farbmodell beschriebene ausgewählte Farbe gleiche Werte für die Komponen¬ ten Rot, Grün und Blau aufweist.
In einem weiteren Schritt dieser besonders bevorzugten Ausführungsform, welcher durchgeführt wird, wenn die ausgewählte Farbe unbunt ist, erfolgt ein Bestimmen von Helligkeitswerten der den Bildpunkten zugeordneten Farben und der ausgewählten Farbe. Jedem Bildpunkt und der ausgewählten Farbe wird somit ein Helligkeitswert zugeordnet. Der Helligkeitswert ist bevor zugt durch einen Grauwert oder durch die als „Value" bezeichnete Komponente des HSV-Farbmodells oder durch die als „Inten sity" bezeichnete Komponente des HSI-Farbmodells gebildet.
In einem weiteren Schritt dieser besonders bevorzugten Ausfüh rungsform, welcher durchgeführt wird, wenn die ausgewählte Farbe unbunt ist, erfolgt ein Zuordnen eines der Bildpunkte zum segmentierten Bereich, wenn das dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Abstandsmaß unter dem festlegbaren Schwellwert liegt und wenn der dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete
Helligkeitswert in einem festlegbaren Intervall um den der ausgewählten Farbe zugeordneten Helligkeitswert liegt. Die genannten Bedingungen sind logisch durch eine Konjunktion miteinander verknüpft, sodass alle Bedingungen erfüllt sein müssen, damit der jeweilige Bildpunkt dem segmentierten
Bereich zugeordnet wird. Somit wird im Falle einer unbunten ausgewählten Farbe eine besondere Bedingungskombination angewendet, die in diesem Falle noch bessere Ergebnisse als die oben beschriebene auf dem Farbton basierende Bedingungskombi¬ nation liefert. Das um den Helligkeitswert der ausgewählten Farbe liegende Intervall, d. h. die Grenzen dieses Intervalls sind bevorzugt durch den Benutzer festlegbar, besonders bevor zugt in interaktiver Form an einer Mensch-Maschine-Schnitt¬ stelle.
Bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform ist der oben beschriebene Schritt des Bereitstellens der den Bildpunkten zugeordneten Farben und der ausgewählten Farbe gemäß dem zwei ten Farbmodell insoweit konkretisiert, dass er erfolgt, wenn die ausgewählte Farbe nicht unbunt ist. Bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform ist der oben beschriebene Schritt des Zuordnens eines der Bildpunkte zum segmentierten Bereich, wenn das dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Abstandsmaß unter dem festlegbaren Schwellenwert liegt und wenn der dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Farbton in dem festlegbaren Intervall um den der ausgewählten Farbe zugeordneten Farbton liegt, insoweit konkretisiert, dass er erfolgt, wenn die ausgewählte Farbe nicht unbunt ist.
Diese besonders bevorzugte Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die Bildpunkte im Falle einer unbunten ausgewählten Farbe in besonderer Weise verarbeitet werden, wodurch sie noch mehr in Übereinstimmung mit der menschlichen Wahrnehmung dem segmentierten Bereich zugeordnet oder nicht zugeordnet werden.
Das Zuordnen eines der Bildpunkte zum segmentierten Bereich, wenn die ausgewählte Farbe nicht unbunt ist und wenn das dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Abstandsmaß unter dem fest¬ legbaren Schwellenwert liegt und wenn der dem jeweiligen Bild punkt zugeordnete Farbton in dem vorab festlegbaren Intervall um den der ausgewählten Farbe zugeordneten Farbton liegt, erfolgt bevorzugt für jeden der Bildpunkte. Entsprechend erfolgt das Zuordnen eines der Bildpunkte zum segmentierten Bereich, wenn die ausgewählte Farbe unbunt ist und wenn das dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Abstandsmaß unter dem festlegbaren Schwellwert liegt und wenn der dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Helligkeitswert in dem vorab festlegbaren Intervall um den der ausgewählten Farbe zugeordneten Helligkeitswert liegt, bevorzugt für jeden der Bild¬ punkte . Das Bereitstellen der den Bildpunkten zugeordneten Farben und der ausgewählten Farbe gemäß dem zweiten Farbmodell erfolgt bevorzugt dadurch, dass die den Bildpunkten zugeordneten gemäß dem RGB-Farbmodell beschriebenen Farben und die gemäß dem RGB-Farbmodell beschriebene ausgewählte Farbe jeweils in eine
Beschreibung gemäß dem HSV-Farbmodell konvertiert werden. Da das RGB-Farbmodell in der Bildverarbeitung weit verbreitet ist, liegen die den Bildpunkten zugeordneten Farben und die ausgewählte Farbe zumeist in einer Beschreibung gemäß dem RGB-Farbmodell vor, sodass diese aus dem RGB-Farbraum in den
HSV-Farbraum zu konvertieren sind.
In einem weiteren bevorzugt durchzuführenden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Darstellen des segmentierten Farbbildes oder zumindest des segmentierten
Bereiches. Das Darstellen erfolgt bevorzugt auf einer Anzeige¬ einheit, insbesondere auf einem Monitor. Der mindestens eine segmentierte Bereich wird bevorzugt durch eine Hervorhebung im Farbbild, beispielsweise durch eine Falschfarbentechnik, oder durch ein Nichtdarstellen der übrigen Bereiche des Farbbildes oder auch durch ein ausschließliches Nichtdarstellen des segmentierten Bereiches gekennzeichnet bzw. dargestellt.
Das Darstellen des segmentierten Bereiches erfolgt bevorzugt innerhalb einer grafischen Benutzeroberfläche, welche eben¬ falls Teil der Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Auswahl der auszuwählenden Farbe und zur Eingabe des Schwellenwertes und des Intervalls ist. Der Benutzer wird durch die Mensch- Maschine-Schnittstelle bevorzugt dazu aufgefordert, zunächst die auszuwählende Farbe auszuwählen, anschließend den Schwel¬ lenwert für das Abstandsmaß und daraufhin das Intervall zu wählen, wobei der Benutzer bevorzugt entweder zur Einstellung des Intervalls des Helligkeitswertes im Falle der unbunten ausgewählten Farbe oder zur Einstellung des Intervalls des Farbtons im Falle der nicht unbunten ausgewählten Farbe aufge¬ fordert wird. Für das Auswählen der Farbe wird dem Benutzer bevorzugt ein grafisches Auswahlwerkzeug, wie z. B. eine Pipette angezeigt. Für das Einstellen des Schwellenwertes und des Intervalls werden dem Benutzer bevorzugt grafische Verstellelemente, wie z. B. Schieberegler angezeigt. Das manuelle Auswählen der Farbe und das manuelle Verstellen der Verstellelemente führen bevorzugt zum unmittelbaren Darstellen des sich durch die veränderte Auswahl der Farbe bzw. des sich durch den veränderten Schwellenwert bzw. des sich durch das veränderte Intervall ergebenden segmentierten Bereiches. Das Auswahlwerkzeug und die Verstellelemente sind zu Beginn bevorzugt auf Vorgabewerte gesetzt. Die Vorgabewerte des jeweiligen Intervalls sind bevorzugt so eingestellt, dass der Helligkeitswert der ausge¬ wählten Farbe bzw. der Farbton der ausgewählten Farbe mittig in dem entsprechenden Intervall liegen.
Das erfindungsgemäße digitale Mikroskop umfasst zunächst eine Bildaufnahmeeinheit, die bevorzugt durch einen elektronischen Bildwandler, z. B. ein CCD-Sensor oder ein CMOS-Sensor, gebildet ist. Das digitale Mikroskop umfasst weiterhin eine Bild- Verarbeitungseinheit, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ausgebildet ist. Die Bildverarbeitungseinheit kann als ein integraler Bestandteil des digitalen Mikroskops ausge¬ bildet sein. Die Bildverarbeitungseinheit kann aber auch beispielsweise durch einen dem digitalen Mikroskop zugeordne- ten freiprogrammierbaren Rechner gebildet sein. Die Bildverarbeitungseinheit ist insbesondere zur Realisierung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Im Übrigen weist das erfindungsgemäße digitale Mikroskop bevorzugt auch solche Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oben beschrieben sind.
Das digitale Mikroskop umfasst vorzugsweise eine Anzeigeein- heit, welche z. B. durch einen Monitor gebildet ist. Die
Anzeigeeinheit dient zur Darstellung der mit der Bildaufnahme¬ einheit aufgenommenen Bilder, insbesondere auch zur Darstel¬ lung des segmentierten Farbbildes oder zumindest des mindes¬ tens einen segmentierten Bereiches.
Das digitale Mikroskop umfasst bevorzugt weiterhin eine
Mensch-Maschine-Schnittstelle, die insbesondere die Auswahl der den zu segmentierenden Bereich repräsentierenden Farbe, die Festlegung des Schwellenwertes für das Abstandsmaß und die Festlegung des Intervalls um den der ausgewählten Farbe zugeordneten Farbton sowie ggf. die Festlegung des Intervalls um den der ausgewählten Farbe zugeordneten Helligkeitswert ermöglicht. Dabei bildet die Anzeigeeinheit bevorzugt einen Teil der Mensch-Maschine-Schnittstelle. Besonders bevorzugt ist die Mensch-Maschine-Schnittstelle so ausgebildet, dass sich Ände¬ rungen bei der Auswahl der Farbe und bei der Festlegung des Schwellenwertes und der genannten Intervalle unmittelbar auf die Darstellung des segmentierten Bereiches auswirken. Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Die einzige Fig. 1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens. In einem ersten Schritt wird ein aus Bildpunkten bestehendes Farbbild im RGB-Format bereitgestellt und der Benutzer wählt eine im Farbbild vorhandene Farbe aus, welche in einem auf Wunsch des Benutzers zu segmentierenden Bereich des Farbbildes vorhanden ist. Der Benutzer wird daher eine Farbe auswählen, welche typisch für den zu segmentierenden Bereich ist und dort überwiegend vorhanden ist. Der zu segmen¬ tierende Bereich muss dabei nicht zusammenhängend sein.
Bei dem Farbbild handelt es sich insbesondere um das mit einem digitalen Mikroskop aufgenommene Bild.
In einem weiteren Schritt wird eine Abstandskarte im
RGB-Farbraum generiert. In der Abstandskarte ist jedem Bild¬ punkt des Farbbildes ein Wert für den Euklidischen Abstand zwischen den RGB-Farbwerten des jeweiligen Bildpunktes und den RGB-Farbwerten der ausgewählten Farbe zugeordnet.
Im nächsten Schritt wird eine erste Stufe der Segmentierung vorgenommen. Für jeden Bildpunkt wird geprüft, ob der ihm zugeordnete Wert des Euklidischen Abstandes einen durch den Benutzer festgelegten Schwellenwert erreicht oder nicht.
Daraus ergibt sich für jeden Bildpunkt ein logischer Wert für eine Größe „Segmentl".
Im nächsten Schritt wird geprüft, ob die ausgewählte Farbe eine Graustufe darstellt, d. h. ob sie schwarz, grau oder weiß ist, was gleichzusetzen ist mit dem Kriterium, ob die ausgewählte Farbe unbunt ist. In diesem Fall sind die Werte der Komponenten Rot, Grün und Blau gleich groß. In einer überwiegenden Anzahl der Fälle wird die ausgewählte
Farbe keine Graustufe sein, d. h. bunt sein, woraufhin
zunächst eine Konvertierung des Farbbildes und der ausgewähl¬ ten Farbe aus dem RGB-Farbraum in den HSV-Farbraum erfolgt. Dabei ist jedoch insbesondere die Hue-Komponente, d. h. die Farbtonkomponente für den nächsten Schritt von Relevanz, sodass auf die anderen Komponenten verzichtet werden kann. Bei diesem nächsten Schritt wird eine zweite Stufe der Segmen¬ tierung vorgenommen. Für jeden Bildpunkt wird geprüft, ob der ihm zugeordnete Wert der Hue-Komponente höher als eine durch den Benutzer festgelegte obere Intervallgrenze bzw. niedriger als eine durch den Benutzer festgelegte untere Intervallgrenze ist, d. h. ob der Wert der Hue-Komponente in einem durch den
Benutzer festgelegten Intervall liegt oder nicht. Das durch den Benutzer festgelegte Intervall umfasst den Wert der Hue- Komponente der ausgewählten Farbe. Daraus ergibt sich für jeden Bildpunkt ein logischer Wert für eine Größe „Segment2".
Im nächsten Schritt werden die Größen „Segmentl" und
„Segment2" für jeden der Bildpunkte durch ein logisches UND miteinander verknüpft. Die Bildpunkte werden jeweils dann dem segmentierten Bereich zugeordnet, wenn die Größe „Segmentl" und die Größe „Segment2" für den betreffenden Bildpunkt jeweils logisch wahr sind. Damit ist der segmentierte Bereich festgelegt und die Segmentierung ist in dem vorliegenden Fall einer bunten ausgewählten Farbe abgeschlossen. In anderen Fällen wird die ausgewählte Farbe eine Graustufe sein, d. h. unbunt sein, woraufhin zunächst Grauwerte für die Bildpunkte des Farbbildes und für die ausgewählte Farbe bestimmt werden, um auch in diesen Fällen eine zweite Stufe der Segmentierung vornehmen zu können. Diese zweite Stufe der Segmentierung unterscheidet sich von der oben beschriebenen zweiten Stufe der Segmentierung im Falle einer nicht unbunten ausgewählten Farbe. Hier im Falle einer unbunten ausgewählten Farbe wird nämlich für jeden Bildpunkt geprüft, ob der ihm zugeordnete Grauwert höher als eine durch den Benutzer festge¬ legte obere Intervallgrenze bzw. niedriger als eine durch den Benutzer festgelegte untere Intervallgrenze ist, d. h. ob der Grauwert in einem durch den Benutzer festgelegten Intervall liegt oder nicht. Das durch den Benutzer festgelegte Intervall umfasst den Grauwert der ausgewählten Farbe. Daraus ergibt sich für jeden Bildpunkt ein logischer Wert für eine Größe „Segment2" .
Im nächsten Schritt werden die Größen „Segmentl" und
„Segment2" für jeden der Bildpunkte durch ein logisches UND miteinander verknüpft. Die Bildpunkte werden jeweils dann dem segmentierten Bereich zugeordnet, wenn die Größe „Segmentl" und die Größe „Segment2" für den betreffenden Bildpunkt jeweils logisch wahr sind. Damit ist der segmentierte Bereich festgelegt und die Segmentierung ist in dem vorliegenden Fall einer unbunten ausgewählten Farbe abgeschlossen.
Unabhängig davon, ob die ausgewählte Farbe eine Graustufe dar¬ stellt oder nicht, wird schließlich der segmentierte Bereich für den Benutzer dargestellt, beispielsweise durch eine
Hervorhebung im Farbbild oder durch ein Nichtdarstellen der übrigen Bereiche des Farbbildes.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Segmentieren eines aus Bildpunkten zusammengesetzten Farbbildes, folgende Schritte umfassend:
- Auswählen einer Farbe, welche einen zu segmentierenden Bereich des Farbbildes repräsentiert;
- Bereitstellen der den Bildpunkten zugeordneten Farben und der ausgewählten Farbe gemäß einem auf drei Farbreizen basierenden ersten Farbmodell;
- Bestimmen eines Abstandsmaßes für jeden der Bildpunkte, welches einen Abstand zwischen der ausgewählten Farbe und der Farbe des jeweiligen Bildpunktes gemäß dem ersten Farbmodell darstellt;
- Bereitstellen der den Bildpunkten zugeordneten Farben und der ausgewählten Farbe gemäß einem wahrnehmungs- orientierten zweiten Farbmodell, wofür zumindest jeweils ein Farbton für die den Bildpunkten zugeordneten Farben und für die ausgewählte Farbe bestimmt wird; und
- Zuordnen eines der Bildpunkte zum segmentierten Bereich, wenn das dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Abstandsmaß unter einem festlegbaren Schwellenwert liegt und wenn der dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Farbton in einem festlegbaren Intervall um den der ausgewählten Farbe zugeordneten Farbton liegt.
2. Verfahren zum Segmentieren eines aus Bildpunkten zusammen- gesetzten Farbbildes, folgende Schritte umfassend:
- Auswählen einer Farbe, welche einen zu segmentierenden Bereich des Farbbildes repräsentiert;
- Bereitstellen der den Bildpunkten zugeordneten Farben und der ausgewählten Farbe gemäß einem auf drei Farbreizen basierenden ersten Farbmodell; - Bestimmen eines Abstandsmaßes für jeden der Bildpunkte, welches einen Abstand zwischen der ausgewählten Farbe und der Farbe des jeweiligen Bildpunktes gemäß dem ersten Farbmodell darstellt;
- Prüfen, ob die ausgewählte Farbe unbunt ist;
- Bestimmen von Helligkeitswerten für die den Bildpunkten zugeordneten Farben und für die ausgewählte Farbe, wenn die ausgewählte Farbe unbunt ist;
- Zuordnen eines der Bildpunkte zum segmentierten Bereich, wenn die ausgewählte Farbe unbunt ist und wenn das dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Abstandsmaß unter einem festlegbaren Schwellenwert liegt und wenn der dem
jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Helligkeitswert in einem festlegbaren Intervall um den der ausgewählten Farbe zugeordneten Helligkeitswert liegt;
- Bereitstellen der den Bildpunkten zugeordneten Farben und der ausgewählten Farbe gemäß einem wahrnehmungs- orientierten zweiten Farbmodell, wofür zumindest jeweils ein Farbton für die den Bildpunkten zugeordneten Farben und für die ausgewählte Farbe bestimmt wird, wenn die ausgewählte Farbe nicht unbunt ist; und
- Zuordnen eines der Bildpunkte zum segmentierten Bereich, wenn die ausgewählte Farbe nicht unbunt ist und wenn das dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Abstandsmaß unter einem festlegbaren Schwellenwert liegt und wenn der dem jeweiligen Bildpunkt zugeordnete Farbton in einem fest¬ legbaren Intervall um den der ausgewählten Farbe
zugeordneten Farbton liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Helligkeitswerte für die den Bildpunkten zugeordneten Farben und für die ausgewählte Farbe dadurch erfolgt, dass Grauwerte für die den Bildpunkten zugeordneten Farben und für die ausgewählte Farbe bestimmt werden .
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfen, ob die ausgewählte Farbe unbunt ist, dadurch erfolgt, dass geprüft wird, ob die gemäß dem ersten Farbmodell beschriebene ausgewählte Farbe gleiche Werte für die drei Farbreize aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Farbmodell durch das
RGB-Farbmodell gebildet ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsmaß durch den Euklidischen
Abstand gebildet ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Farbmodell durch das
HSV-Farbmodell gebildet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbton durch die Hue-Komponente des HSV-Farbmodells gebildet ist.
9. Digitales Mikroskop, umfassend eine Bildaufnahmeeinheit und eine mit der Bildaufnahmeeinheit verbundene Bildver¬ arbeitungseinheit, die zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 konfiguriert ist.
10. Digitales Mikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine Anzeigeeinheit zur
Darstellung des segmentierten Farbbildes umfasst.
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