一种活性污泥相差显微图像絮体和丝状菌分割方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115082379A(43)申请公布日2022.09.20(21)申请号202210596702.5(22)申请日2022.05.30(71)申请人沈阳化工大学地址110142辽宁省沈阳市经济技术开发区11号街(72)发明人赵立杰张晶黄明忠王国刚(74)专利代理机构沈阳技联专利代理有限公司21205专利代理师张志刚(51)Int.Cl.G06T7/00(2017.01)G06T5/00(2006.01)G06T7/13(2017.01)G06T7/136(2017.01)G06T7/62(2017.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种活性污泥相差显微图像絮体和丝状菌分割方法(57)摘要本发明一种活性污泥相差显微图像絮体和丝状菌分割方法，属于污水处理智能检测方法，本发明解决在相差显微晕圈和遮光效应影响下，难以区分絮体、丝状菌和背景的问题，并提取相应的特征。具体实现方法包括：图像采集、絮体分割、丝状菌分割和特征提取。图像采集：使用相差显微镜和图像采集软件获取活性污泥的相差显微图像；絮体分割：利用灰度变换、图像反转以及开操作对图像进行预处理，用Otsu方法对絮体进行分割；丝状菌分割：采用多尺度Retinex、顶帽底帽滤波增强絮体、边缘检测对污泥图像进行预处理，利用基于约束模糊聚类方法对丝状菌进行分割、回旋半径特征去碎片；特征提取：从分割出的絮体和丝状菌图像中，分别提取絮体和丝状菌形态学特征参数。CN115082379ACN115082379A权利要求书1/2页1.一种活性污泥相差显微图像絮体和丝状菌分割方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1，图像采集：在污水处理厂的曝气池出口采集活性污泥样品，采用光学显微镜、工业数码相机和图像采集系统捕获活性污泥相差显微图像；S2，絮体分割：采用Otsu阈值法对经过线性变换、图像反转和开操作后的图像进行阈值化检测，得到絮体的大致形状，并用边缘检测的结果确定最终的絮体；S3，丝状菌分割：采用多尺度Retinex(MSR)对图像进行增强后，通过顶帽底帽滤波、边缘检测、约束模糊聚类、回旋半径特征方法实现活性污泥丝状菌分割；S4，特征提取：从分割好的絮体和丝状菌图像中，分别提取出絮体和丝状菌的尺寸和形状等形态学特征参数。2.如权利要求1所述的一种活性污泥相差显微图像絮体和丝状菌分割方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：S11，从污水处理厂曝气池出口取得的活性污泥样品；S12，采用光学显微镜、工业数码相机和图像采集系统，从左上到右下以Z字路径扫描载玻片上的污泥样品，污泥样品拍摄张RGB彩色图像，创建活性污泥显微图像数据集。3.如权利要求1所述的一种活性污泥相差显微图像絮体和丝状菌分割方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：S21，利用灰度变换、图像反转以及开操作对图像进行预处理；S22，选择Otsu阈值法对经过预处理的图像进行阈值化检测，得到絮体的大致结果；S23，通过形态学闭操作对分割出来的絮体去除断边，并适当填充孔洞部分，随后利用边缘检测的结果确定最终的絮体边缘。4.如权利要求1所述的一种活性污泥相差显微图像絮体和丝状菌分割方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：S31，图像预处理，包括多尺度Retinex、滤波和边缘检测；S32，利用约束模糊聚类对预处理后的图像进行分割；S33，对分割后的图像进行后处理操作，利用减小回转半径去碎片，同时判定老化絮体等，以便更准确的将丝状菌分割出来。5.如权利要求4所述的一种活性污泥相差显微图像絮体和丝状菌分割方法，其特征在于，所述减小回转半径公式如下：其中，和为二阶矩阵，定义如下，为一阶矩阵，即图像质心的坐标：。6.如权利要求1所述的一种活性污泥相差显微图像絮体和丝状菌分割方法，其特征在2CN115082379A权利要求书2/2页于，所述步骤S4包括污泥絮体和丝状菌形态学特征，具体为总闭合面的数量（N），闭合区域总面积（TA）、闭合区域平均面积（A）、二阶中心矩椭圆的长轴长度（MajorAxisLength）、二阶中心矩椭圆的短轴长度（MinorAxisLength）、周长（P）、凸周长（Pconvex）、等效圆直径（Deq）、欧拉数（）、填充后面积（）、形状因子（FF）、圆度（R）、旋转半径（RG）、纵横比（AR）、分形维数（FD）、坚固度（Sol）、偏心率（Ecc）、最小费雷特直径（）、最大费雷特直径（）、凸包络面积（）、边界框面积（）、紧密度（Comp）、丝状菌总长度（TL）。3CN115082379A说明书1/7页一种活性污泥相差显微图像絮体和丝状菌分割方法技术领域[0001]本发明涉及污水处理智能检测方法，尤其涉及一种活性污泥相差显微图像絮体和丝状菌分割方