本发明涉及细胞形态检测、单细胞测量方法和生殖医学影像学，尤其是一种精子头部轮廓提取的图像处理方法。
背景技术：
1、精子形态检查是指通过将液化后的精液涂片后染色，在显微镜下观察精子的形态特征的方法，了解正常精子与生理及病理范围内的变异精子所占的比例，以反映男性生育能力。精子形态检测是一种评估男性生育能力的方法。通过对精液中活精子的形态特征进行分析，可以为医生提供对男性不育症进行科学诊断和治疗所需的临床信息，以确定男性患者的生育能力是否存在问题，并作为治疗方案制定的重要依据，从而提高患者的生育机会。
2、目前，临床上广泛应用于精子形态检测的方法是基于精子荧光或暗场成像计算机辅助精子分析技术。而由于精子尺寸接近可见光波长，其在一些照明条件下，如明场照明条件下，衍射效应十分明显。当前缺乏对衍射效应明显的精子图像的轮廓分析技术。
3、此外，人类精子头部可以近似看作一个三轴不等长的椭球体，当其改变最长轴(即平行于精子尾部的轴)与成像焦平面的夹角，则其二维投影的形状与尺寸也有较大变化。已报道的精子轮廓分析技术往往聚焦于头部最长轴近似水平于焦平面的精子，而在光镊捕获精子实验中，精子往往被垂直捕获，即其头部最长轴取向与焦平面夹角接近90°，针对水平取向的精子轮廓分析技术不适用于对该类实验精子图像的分析。目前缺乏提取任意取向的精子头部轮廓的技术。
技术实现思路
1、本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，以对衍射效应明显的精子图像准确提取精子头部轮廓并分析其形态参数。
2、本发明为解决技术问题采用以下技术方案。
3、本发明的一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，包括如下步骤：
4、步骤1：获取活精子的显微成像的精子运动视频；
5、步骤2：在所述精子运动视频中提取包含单个精子的单帧灰度图像i(n)；
6、步骤3：从单个精子的单帧灰度图像中，获取各帧精子头部轮廓图像b(n)；
7、步骤4：对所述各帧精子头部轮廓图像b(n)进行拟合，获取精子头部形态参数。
8、本发明的一种精子头部轮廓提取的图像处理方法的结构特点也在于：
9、进一步地，所述步骤1中，采用带有相机的高倍显微镜为显微成像设备。
10、进一步地，所述步骤2中，从精子运动视频获取单帧灰度图像i(n)，对单帧灰度图像i(n)进行处理获得灰度梯度模长分布图g(n)。
11、进一步地，对单帧灰度图像i(n)进行处理包括采用retinex算法对单帧灰度图像i(n)进行光场分布校正处理得到图像i1(n)。
12、进一步地，对单帧灰度图像i(n)进行处理还包括：对所述采用retinex算法对单帧灰度图像i(n)进行光场分布校正处理后的图像i1(n)，对图像i1(n)进行图像开运算，预先腐蚀精子尾部投影得到图像i2(n)。
13、进一步地，所述步骤3中，由灰度梯度模长分布图g(n)获得归一化精子模糊梯度模长分布图g’(n)。
14、进一步地，通过对灰度梯度模长分布图g(n)依次进行归一化、图像膨胀、图像填洞、图像腐蚀以及图像膨胀操作，获得归一化精子模糊梯度模长分布图g’(n)。
15、进一步地，对归一化精子模糊梯度模长分布图g’(n)先采用大津法进行二值分割，然后进行图像连通域分析，取面积最大的单连通域，得到精子头部轮廓图像b(n)。
16、进一步地，所述步骤4中，对精子头部轮廓图像b(n)进行椭圆拟合处理。
17、进一步地，通过椭圆拟合处理得到精子形心坐标(xc(n),yc(n))、半长轴长度a(n)、半短轴长度b(n)、椭圆倾角θ(n)。
18、与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
19、本发明公开了一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，包括如下几个步骤：步骤1：获取活精子在高倍显微成像条件下的精子运动视频；步骤2：在所述精子运动视频中提取包含单个精子的单帧灰度图像；步骤3：从单个精子的单帧灰度图像中，获取各帧精子头部轮廓图像；步骤4：根据所述各帧精子头部轮廓图像，提取精子头部形态参数。
20、本发明利用高倍显微成像系统对精子细胞进行成像，相机实时记录精子成像灰度图。选取图像中包含单个精子头部的区域，逐帧进行图像处理计算，得到各帧图像的灰度归一化的梯度模长分布图，然后依次进行图像膨胀、图像填洞、图像腐蚀、图像膨胀操作，再利用大津法将其转化为二值图，并进行图像连通域分析，取面积最大的单连通域，其轮廓即精子所成像的轮廓。对该精子轮廓进行椭圆拟合，可得到椭圆中心坐标(xc,yc)、半长轴长度(a)、半短轴长度(b)、椭圆倾角(θ)等几何参数，并通过几何参数进一步计算得到各帧精子头部的长度、宽度、周长、面积、椭圆率、褶皱度、伸展度、对称度、形心坐标等精子形态学参数。综合分析随时间变化的精子形态学参数，可进一步得到精子的平均路径速度、直线运动速度、曲线速度、直线性、侧摆幅度、前向性、摆动性鞭打频率、平均移动角速度等精子运动学参数。
21、本发明的精子头部轮廓提取的图像处理方法，提出一套标准操作流程和数据分析方法，准确提取精子头部轮廓并分析其形态参数，解决高倍显微成像条件下精子头部衍射效应明显，导致形态检测参数测量不准确的问题。本发明可准确测量运动过程中任意朝向的精子头部形态参数，还能实现对精子运动轨迹的追踪及运动参数的准确分析。
22、本发明的精子头部轮廓提取的图像处理方法，具有能够准确测量运动过程中任意朝向的精子头部形态参数、还能实现对精子运动轨迹的追踪及运动参数的准确分析等优点。
1.一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，其特征是，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，其特征是，所述步骤1中，采用带有相机的高倍显微镜为显微成像设备。
3.根据权利要求1所述的一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，其特征是，所述步骤2中，从精子运动视频获取单帧灰度图像i(n)，对单帧灰度图像i(n)进行处理获得灰度梯度模长分布图g(n)。
4.根据权利要求3所述的一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，其特征是，对单帧灰度图像i(n)进行处理包括采用retinex算法对单帧灰度图像i(n)进行光场分布校正处理得到图像i1(n)。
5.根据权利要求4所述的一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，其特征是，对单帧灰度图像i(n)进行处理还包括：对所述采用retinex算法对单帧灰度图像i(n)进行光场分布校正处理后的图像i1(n)，对图像i1(n)进行图像开运算，预先腐蚀精子尾部投影得到图像i2(n)。
6.根据权利要求3所述的一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，其特征是，所述步骤3中，由灰度梯度模长分布图g(n)获得归一化精子模糊梯度模长分布图g’(n)。
7.根据权利要求6所述的一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，其特征是，通过对灰度梯度模长分布图g(n)依次进行归一化、图像膨胀、图像填洞、图像腐蚀以及图像膨胀操作，获得归一化精子模糊梯度模长分布图g’(n)。
8.根据权利要求7所述的一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，其特征是，对归一化精子模糊梯度模长分布图g’(n)先采用大津法进行二值分割，然后进行图像连通域分析，取面积最大的单连通域，得到精子头部轮廓图像b(n)。
9.根据权利要求1所述的一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，其特征是，所述步骤4中，对精子头部轮廓图像b(n)进行椭圆拟合处理。
10.根据权利要求1所述的一种精子头部轮廓提取的图像处理方法，其特征是，通过椭圆拟合处理得到精子形心坐标(xc(n),yc(n))、半长轴长度a(n)、半短轴长度b(n)、椭圆倾角θ(n)。
