diff --git a/src/cDNA_gridding_simple.py b/src/cDNA_gridding_simple.py index 067fc70..743b213 100644 --- a/src/cDNA_gridding_simple.py +++ b/src/cDNA_gridding_simple.py @@ -20,7 +20,7 @@ D:\ProgramData\anaconda3\envs\my_env\python.exe src/cDNA_gridding_simple.py 2. Otsu 自动阈值 遍历灰度 0~255,每个候选 T 将像素分为前景(>T)和背景(≤T), - 计算类内方差 w_bg×σ²_bg + w_fg×σ²_fg,选使类内方差最小的 T。 + 计算类内方差 w_bg×σ²_bg + w_fg×σ²_fg,选使方差最小的 T。 3. 投影 横轴:np.sum(每列) → 曲线,高点=斑点列,低点=空隙列 @@ -32,6 +32,7 @@ D:\ProgramData\anaconda3\envs\my_env\python.exe src/cDNA_gridding_simple.py 过零点 = 斑点和空隙的分界线 6. 过零点配对 + 过零点交替:正→负(离开斑点)、负→正(进入下一斑点) 配对「离开斑点 + 进入下一斑点」,中点 = 空隙中央 = 划线位置 7. 逐格分割 + 后处理 @@ -48,82 +49,175 @@ from PIL import Image from skimage import color from scipy import ndimage +# matplotlib 中文字体设置 plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei', 'Microsoft YaHei'] plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False +# 路径设置(从脚本位置动态推导,禁止硬编码绝对路径) SCRIPT_DIR = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__)) BASE_DIR = os.path.dirname(SCRIPT_DIR) DATA_DIR = os.path.join(BASE_DIR, 'cDNA图像处理实例', '数据', 'cDNA') OUTPUT_DIR = os.path.join(BASE_DIR, 'results_simple') +# ================================================================ +# 函数1:Otsu 像素级阈值 +# ================================================================ def otsu_threshold_pixels(gray: np.ndarray) -> int: - """像素级 Otsu 自动阈值——遍历0~255找最小类内方差,返回 T""" - best_T = 0 - best_cost = float('inf') - total = gray.size + """ + 对图像像素做 Otsu 自动阈值检测。 + + 遍历灰度值 0~255,对每个候选 T: + - 将像素分为两组:前景(>T) 和 背景(≤T) + - 计算类内方差 = w_bg × σ²_bg + w_fg × σ²_fg + - 选使类内方差最小的 T + + 返回 T(0~255 整数)。 + """ + best_T = 0 # 当前最佳阈值 + best_cost = float('inf') # 当前最小类内方差 + total = gray.size # 总像素数(用于算权重) + for T in range(1, 255): - bg = gray[gray <= T] - fg = gray[gray > T] - w_bg = len(bg) / total - w_fg = len(fg) / total + # 按 T 分组 + bg = gray[gray <= T] # 背景像素 + fg = gray[gray > T] # 前景像素(斑点) + w_bg = len(bg) / total # 背景占比 + w_fg = len(fg) / total # 前景占比 + if w_bg == 0 or w_fg == 0: - continue + continue # 某组为空(T 太极端),跳过 + + # 类内方差 = 加权平均方差 + # 方差小 = 组内像素灰度接近 = 分组效果好 cost = w_bg * np.var(bg) + w_fg * np.var(fg) + if cost < best_cost: best_cost = cost best_T = T + return best_T +# ================================================================ +# 函数2:网格划线 +# ================================================================ def draw_grid_lines(gray: np.ndarray): - """网格划线:投影 → 减阈值 → 过零点配对 → 空隙中点""" - T = otsu_threshold_pixels(gray) - pct = T / 255.0 + """ + 检测网格分割线。 + + 流程: + Otsu 求自适应百分比 → 列/行投影 → 减阈值 → 过零点配对 → 空隙中点 + + 返回 (纵线x列表, 横线y列表, T, 自适应百分比)。 + """ + T = otsu_threshold_pixels(gray) # 像素级最佳阈值 + pct = T / 255.0 # 归一化为百分比 H, W = gray.shape - # 列/行投影 + + # ---- 1. 横轴投影 ---- + # 对每一列上所有行的灰度求和 → 长度=宽度的数组 + # 斑点所在列亮像素多 → 和较大(曲线凸起) + # 空隙所在列暗像素多 → 和较小(曲线凹陷) col_profile = np.sum(gray, axis=0).astype(float) + + # ---- 2. 纵轴投影 ---- + # 对每一行上所有列的灰度求和 → 长度=高度的数组 row_profile = np.sum(gray, axis=1).astype(float) + + # ---- 3. 投影阈值 ---- + # 振幅 × 自适应百分比 = 动态阈值(不写死,每张图自调整) col_T = (np.max(col_profile) - np.min(col_profile)) * pct row_T = (np.max(row_profile) - np.min(row_profile)) * pct + + # ---- 4. 曲线减去阈值 ---- + # 减完后:正 = 斑点区域,负 = 空隙,0 = 分界线(过零点) col_shifted = col_profile - col_T row_shifted = row_profile - row_T - def find_gap_lines(prof): - is_pos = prof > 0 + # ---- 5. 过零点配对 → 空隙中线 ---- + def find_gap_lines(prof_shifted: np.ndarray) -> np.ndarray: + """ + 在减去阈值后的曲线上,配对过零点,取空隙中央。 + + 原理图解: + 信号: ----++++----++++----++++ + ↑ ↑ ↑ ↑ + 过零点配对:离开斑点 + 进入下一个斑点 + → 中点 = 空隙中央 = 划线位置 + """ + # 每个位置是正(斑点)还是负(空隙) + is_positive = prof_shifted > 0 + + # 收集符号变化位置(过零点) crossings = [] - for i in range(1, len(is_pos)): - if is_pos[i] != is_pos[i - 1]: + for i in range(1, len(is_positive)): + if is_positive[i] != is_positive[i - 1]: # 正负翻转 crossings.append(i) - if len(crossings) < 2: + + if len(crossings) < 2: # 过零点不足 return np.array([]) - start = 1 if not is_pos[0] else 0 + + # 过零点交替:正→负(离开斑点), 负→正(进入下一斑点) + # 要配对的是"离开斑点 → 进入下一斑点",即空隙的两端 + # 如果信号开头是负,跳过第一个 crossing + start = 1 if not is_positive[0] else 0 + lines = [] for k in range(start, len(crossings) - 1, 2): if k + 1 < len(crossings): - lines.append(int((crossings[k] + crossings[k + 1]) / 2)) + # crossings[k]: 正→负(离开斑点) + # crossings[k+1]: 负→正(进入下一斑点) + # 中点 = 空隙中央 = 划线位置 + mid = int((crossings[k] + crossings[k + 1]) / 2) + lines.append(mid) + return np.array(lines) - return find_gap_lines(col_shifted), find_gap_lines(row_shifted), T, pct + x_lines = find_gap_lines(col_shifted) + y_lines = find_gap_lines(row_shifted) + + return x_lines, y_lines, T, pct +# ================================================================ +# 函数3:后处理(完全自动,无需人工设定阈值) +# ================================================================ def keep_largest_object(binary: np.ndarray) -> np.ndarray: - """每格只保留最大连通域""" + """ + 每个格子里只保留面积最大的连通域。 + + ndimage.label 给每个白色连通域编号 → 算面积 → 只留最大那块。 + 不需要设定任何阈值。 + """ labeled, num = ndimage.label(binary) if num == 0: - return np.zeros_like(binary) + return np.zeros_like(binary) # 全黑,直接返回 + # 统计每个连通域的像素数 areas = [int(np.sum(labeled == i)) for i in range(1, num + 1)] - return (labeled == (int(np.argmax(areas)) + 1)).astype(np.uint8) + # 找面积最大的编号 + max_idx = int(np.argmax(areas)) + 1 + return (labeled == max_idx).astype(np.uint8) def remove_small_objects(binary: np.ndarray) -> np.ndarray: - """自动去噪——连通域面积 < 中位数25% 的剔除""" + """ + 自动去除小连通域(噪声)。 + + 统计所有连通域面积的中位数, + 小于中位数 25% 的视为噪声,直接剔除。 + 换图换分辨率都自动适应,不需要手动调参。 + """ labeled, num = ndimage.label(binary) if num == 0: - return binary + return binary # 全黑,直接返回 + + # 收集所有连通域的面积 areas = [int(np.sum(labeled == i)) for i in range(1, num + 1)] - median = np.median(areas) - min_size = max(1, int(median * 0.25)) + median = np.median(areas) # 面积中位数 + min_size = max(1, int(median * 0.25)) # 中位数的25%,最少1像素 + + # 面积不达标的连通域整块置0 result = binary.copy() for i in range(1, num + 1): if areas[i - 1] < min_size: @@ -131,43 +225,51 @@ def remove_small_objects(binary: np.ndarray) -> np.ndarray: return result +# ================================================================ +# 主流程 +# ================================================================ def main(): os.makedirs(OUTPUT_DIR, exist_ok=True) - # 读取图像,转灰度 + # ---- 读取图像,转为灰度 ---- img = np.array(Image.open(os.path.join(DATA_DIR, 'cDNA.png'))) + # 原图 RGBA,取前三个通道转为 0~255 灰度图 gray = (color.rgb2gray(img[:, :, :3]) * 255).astype(np.uint8) - # 1. 网格划线 + # ---- 1. 网格划线 ---- x_lines, y_lines, T_otsu, pct = draw_grid_lines(gray) print(f"检测到 {len(x_lines)} 条纵线, {len(y_lines)} 条横线") print(f"Otsu 阈值: T={T_otsu}, 自适应百分比: {pct*100:.1f}%") - # 2. 逐格分割 + 后处理 - bw_full = np.zeros_like(gray) - for i in range(len(y_lines) - 1): - for j in range(len(x_lines) - 1): - r1, r2 = y_lines[i], y_lines[i + 1] - c1, c2 = x_lines[j], x_lines[j + 1] - blk = gray[r1:r2, c1:c2] + # ---- 2. 逐格分割 + 后处理 ---- + bw_full = np.zeros_like(gray) # 初始化全黑底图 + for i in range(len(y_lines) - 1): # 遍历每一行格子 + for j in range(len(x_lines) - 1): # 遍历每一列格子 + r1, r2 = y_lines[i], y_lines[i + 1] # 格子行范围 + c1, c2 = x_lines[j], x_lines[j + 1] # 格子列范围 + blk = gray[r1:r2, c1:c2] # 提取该格子 if blk.size == 0: continue + # 对单个格子做 Otsu 分割 T = otsu_threshold_pixels(blk) - bw_blk = (blk > T).astype(np.uint8) + bw_blk = (blk > T).astype(np.uint8) # 大于 T 为前景 + # 每格只保留最大连通域(去噪点) bw_blk = keep_largest_object(bw_blk) - bw_full[r1:r2, c1:c2] = bw_blk + bw_full[r1:r2, c1:c2] = bw_blk # 拼回全局图 + # 全局去除小连通域(自动判别噪声阈值) bw_clean = remove_small_objects(bw_full) - # 3. 统计斑点 + # ---- 3. 统计斑点 ---- labeled, num = ndimage.label(bw_clean) spot_sizes = [int(np.sum(labeled == i)) for i in range(1, num + 1)] - valid = [s for s in spot_sizes if s >= 10] + valid = [s for s in spot_sizes if s >= 10] # 过滤极小噪声 print(f"检测到 {len(valid)} 个斑点") - # 4. 输出三栏图 + # ---- 4. 输出三栏图 ---- fig, axes = plt.subplots(1, 3, figsize=(20, 7)) + # 左:灰度图 + 网格线 axes[0].imshow(gray, cmap='gray') for x in x_lines: axes[0].axvline(x=x, color='lime', linewidth=0.5) @@ -176,10 +278,12 @@ def main(): axes[0].set_title(f'网格划分 ({len(x_lines)}x{len(y_lines)})', fontsize=13) axes[0].axis('off') + # 中:逐格 Otsu 分割结果(后处理前) axes[1].imshow(bw_full, cmap='gray') axes[1].set_title('逐格 Otsu 分割', fontsize=13) axes[1].axis('off') + # 右:后处理之后的最终二值图 axes[2].imshow(bw_clean, cmap='gray') axes[2].set_title(f'后处理结果 ({len(valid)}个斑点)', fontsize=13) axes[2].axis('off')