1前言
随着CCD技术的发展，采用电视技术进行测量和计数物体的方法，已经渗透到科学技术的各个领域(如生物、医学、气象、核物理、化学、粉沫冶金工业、水泥生产、颜料和浆质的制作、矿业等)中。传统的视觉计数物体(如在显微镜下用肉眼计数)的计数误差在(15~40)%之间(这与检验员的身体状况及情绪状况有关)，同时分析速度慢，每小时约500粒。近年来，随着CCD技术的不断完善，高分辨率的CCD传感器，正以其稳定性高，体积小，重量轻，成本低等优点走进各个领域;同时随着大规模集成电路的发展，DSP(数字信号处理器)也已迅速地应用于大运算量、高精度的实时处理，使高精度、大运算量的实时电视计数技术成为现实。本文给出了医用电视计数技术的几种方法及其实现。
2电视计数的原理
图1是电视自动计数的原理框图。工业电视摄象机(如CCD)摄取包含被计数物体的视场图象，转换成视频信号输出。经过视频处理后，由A/D变换器将模拟视频信号转换成代表被计数物体(粒子)宽度的二值化电平信号，即数据脉冲，数据脉冲信号在计数判别单元(如DSP)中进行判别、计数、处理，然后进行数值补偿，以达到校正计数值的目的。此补偿输出信号送至数字显示单元显示出计数值;送至打印机，可以提供作统计打印。
2.1CCD视频信号的二值化处理
当CCD作为输入图象传感器使用时，为保证得到所需要的图象细节，必须确定其分辩率，即必须满足采样定理的要求。如已知图象的最大空间频率(即每毫米的线数)则抽样频率应大于或等于图象空间频率的二倍。在电视计数的系统里，由于不要求图象的灰度，所以为提高处理速度和降低成本，可使用二值化图象。二值化处理是把图象和背景作为分离的二值图象对待。光学系统把被测对象成象在CCD光敏元上，由于被测物和背景在光强上强烈变化，反映在视频信号中所对应的图象尺寸边界会有明显的急剧的电平变化。通过二值化处理，把CCD视频信号中图象尺寸部分与背景部分分离成二值电平。实现CCD视频信号二值化方法的处理是由硬件电路完成的，最普遍的是采用电压比较器，见图2所示。
在比较器的输出端得到视频信号的二值化电平脉冲信号。该脉冲宽度对应被测图象尺寸的大小。二值化图象按视频输出的顺序进行采样，然后转换成对应的数字量输入计算机，在计算机中对视场中粒子进行测量和计数。
2.2计数判别方法
自动计数的方法一般分为三大类:—统计法、逐个估算法和精确计数法(见图3)。
第一类测量电视装置可用于计数尺寸差异小，大致是圆形或椭圆形的物体。具体的计数方法是:经视频处理后得到的二值化电平脉冲信号，对全部脉冲的总和进行处理。这种方法的计数精度在(10~20)%的范围内，误差较大。随着高速、大容量的DSP的发展，这种方法已较少使用。
第二类是逐个地估算每个物体的测量电视装置，这种测量电视的精度不低于(3~5)%，并可计数那些尺寸和形状差异都很大的物体。在逐个估算法中，被分析的信息不是扫描某一物体所得到的全部信息，而只是分析从这些信息中选出的部分信息，在这个方法中，通常是将两行上的信息进行比较，当两行上信号极性一致时不输出计数脉冲(见图4)。
在第一种情况下，两条扫描束都通过白色背景，因此不出现计数脉冲;第二种情况下，下面的扫描束扫过物体，而上面的扫描束仍通过白色背景，结果产生一个计数脉冲;第三种情况由于两条扫描束都扫过物体，因此这时不输出计数脉冲;第四种情况产生一个负脉冲，计数器不予计入。
在这里，重要的是按什么准则把被比较的两个信号归于同一物体或两个不同的物体。下面介绍两个准则:
1)时差容限准则:如果相邻两行上的两个信号的前沿的时差与一个行扫描周期之差不大于给定的容差值，那么就认为这两个信号是属于同一个物体。这个准则的最大缺点是对斜长边沿着扫描方向的物体进行计数时，必须给出较大容差，这样就会把相邻的不同物体所产生的脉冲也归于同一物体。
2)重叠准则:如果相邻两行上的脉冲在时间上全部或部分重叠，那么就认为这两个脉冲是属于同一个物体的。
上述两种方法都不是计数粒子本身，而只是统计行扫描触及粒子边缘的点数，所以不能精确地计数出那些具有复杂形状的粒子的数目，尤其是在对不是圆形的物体进行计数时，由于每个粒子都有几个突出部分，因此计数结果可能超出实际数目的几倍。为此介绍下面的精确计数法:
第三类电视计数的原理是:如果同时计数在每一行上扫描束扫过物体的次数n，和相邻两行上单调(“黑”或“白”)信号的重合数n。，这样就可以精确地求出视场中的粒子数N：
计数结果表明，在这两种情况下，都等于1，显然，如果视场中有N个粒子，那么这个差值将等于N。
2.3算法的实现
1)这些算法的实现，过去普遍采用硬件电路，见图6。
视频信号经过处理后加到延迟线(一般用超声延迟线或移位寄存器，延时等于一个行扫描周期)和重合电路。在重合电路中，还加有经过延时的前一行的视频信号，这样只有在无重合的信号时才发出计数脉冲。而实现第三种算法的电路必须具备两个这样的通道，也就是说算法越精确，电路越复杂。
2)现在随着高速数字信号处理器(DSP)的发展，使这些算法的实现更容易，计数和判别的精度更高。且对于不同的应用场合，对不同大小的粒子，只需在软件上改动即可实现(实现原理框图见图1)，硬件电路少，系统更加稳定可靠。
下面以实现(l)式为例说明算法的具体实现方法:将一帧图象的CCD视频信号经二值化处理后送A/D采样，然后将采样后的数据送到存储器暂存，后再由DSP取出存储单元的内容进行比较、判别、计数(见图7)。
设一帧图象有kxm个象素，在存储区中辟出kxm个单元分别存放每一象素的电平值。然后分别计算每一行的高电平的个数值n:，且同时计数该行与上一行相同位置的高电平重合数。。，然后计数最后即可得到。
3结束语
采用CCD为光电传感器的电视计数技术已越来越受到人们的重视，正在逐步取代人工视觉计数，而采用DSP技术的电视计数技术，可以使硬件电路简单，适应性强，计数精度高，稳定性好，必将是未来电视计数技术的发展方向。笔者在这方面作了一些有益的探索，将这一原理应用到“大输液瓶悬浮物计数检测系统”中，实验结果证明，第三种算法的计数精度不低于(3~5)%。
参考文献
〔1〕天津市电视技术研究所编译.测t电视.北京:国防工业出版社，1984(5)
〔2〕王庆有，孙学珠编.CCD应用技术.天津大学出版社，1993(3)
〔3〕何政等.自动菌落计数仪.电视技术，1988(5)
〔4〕HorNIngDarrell.W，DigitalsignalproeessingwiththeTMS320C25，NEWYORK:JohnWiley&Sons，1990
〔5〕EI一Sharkawy.M，RealtimedigitalsignalproeessingaPPlieationwithMOTOROLA‘5DSP56000family，EnglewoodCliffs.N.J:Prentiee一Hall，1990
作者：广州第一军医大学余学飞陈光杰类英杰杨成胡
