胎兒圖像性別部位識別屏蔽方法
2023-06-29 10:37:51
專利名稱：胎兒圖像性別部位識別屏蔽方法
技術領域：
本發明涉及一種對胎兒圖像性別部位進行智能識別並用遮擋圖案進行屏蔽的方法。
背景技術：
超聲設備的應用日益廣泛。例如，應用在檢測人體內臟和探測胎兒生長情況的醫療診斷中。超聲設備一方面為人類的健康做出了重大貢獻，另一方面也產生一些負面影響。我國人口已經超過了13億，巨大的人口壓力給我國經濟發展、社會穩定和環境保護等多個方面帶來了沉重的負擔，因此，計劃生育作為我國的基本國策，對減緩我國人口增長速度和緩解人口過多帶來的壓力做出了巨大的貢獻。然而，我國農村地區受到「重男輕女」這一落後習俗的影響，使用超聲設備進行非法胎兒性別鑑定並有選擇性地人為中止妊娠現象依然十分嚴重。2000年全國第5次人口普查公布的我國新生嬰兒性別比高達116∶100，遠遠超過國際通用可以容忍的最高警戒線107∶100。出生人口性別比嚴重失衡勢必對我國經濟發展、社會穩定構成極大的威脅。
有鑑於此，有必要研發一種能有效防止利用超聲圖像選擇性進行人為中止妊娠現象發生的方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種胎兒圖像性別部位識別屏蔽方法，該方法能有效地對原始圖像中的胎兒性別部位進行識別並用遮擋圖案進行屏蔽。
為實現上述目的，本發明提出的胎兒圖像性別部位識別屏蔽方法包括下列步驟a.對生成的原始圖像進行圖像處理，找出通過擬屏蔽部位的邊緣輪廓線，確定至少一個疑似屏蔽部位的初步定位點；b.使用胎兒性別圖像數據參數庫和多分類器融合結構的識別系統對疑似屏蔽部位的初步定位點進行識別，判斷確定屏蔽部位；c.對確定的屏蔽部位使用遮擋圖像進行屏蔽。
與現有技術相比，本發明提出的胎兒圖像性別部位識別屏蔽方法可輕易對圖像中的胎兒性別部位進行屏蔽，而其他部位的信息與原始圖像完全相同，將處理後的圖像代替原始圖像進行播放顯示，醫生無法從圖像中正確判斷胎兒性別，從而達到對非法胎兒性別鑑定現象進行遏制的目的。
圖1是本發明胎兒圖像性別部位識別屏蔽方法的原理框圖；圖2是本發明的對胎兒圖像性別部位進行識別屏蔽方法的具體流程圖；圖3是本發明中自適應選擇分割閾值方法的流程圖。
具體實施例方式
本發明的技術關鍵在於對胎兒圖像進行智能識別，由機器自動識別出當前處理的圖像是否含有胎兒性別部位以及胎兒性別部位在圖像中的具體位置。本發明的技術原理包括圖像處理、模式識別以及人工智慧技術。
圖1是本發明應用在超聲波圖像中的一個較佳實施方式的原理框圖。一般的超聲設備10包括一超聲圖像探測裝置11、一超聲圖像生成裝置12及一圖像顯示裝置14。超聲圖像探測裝置11採用超聲波對孕婦子宮內的胎兒圖像進行探測；超聲圖像生成裝置12用於根據超聲圖像探測裝置11探測到的信號生成胎兒圖像；圖像顯示裝置14則用於顯示胎兒圖像。本發明在圖像生成裝置12及圖像顯示裝置14之間還設有一圖像處理裝置13，用於對超聲圖像生成裝置12生成的胎兒圖像中的性別部位進行識別和屏蔽。
圖像處理裝置13包括一胎兒性別圖像數據參數庫15、一圖像預處理模塊16、一圖像分割模塊17、一初步定位點提取模塊18、一胎兒性別部位識別模塊19及一胎兒性別部位屏蔽模塊20。
本發明中的胎兒性別圖像數據參數庫15根據具體採用的有監督學習分類器從20000幅典型胎兒圖像組成的圖像庫中獲取，該圖像庫中9273幅圖像包含有胎兒性別部位，10727幅圖像不包含胎兒性別部位。這些胎齡從16周到34周的胎兒圖像從超聲檢查現場採集，採集時不限制孕婦體位，包括仰臥位、右側臥位和左側臥位等多種體位。圖像中是否包含胎兒性別部位以及性別部位的具體位置由多名經驗豐富的婦產科醫生共同確認。該圖像樣本庫充分覆蓋了不同孕婦體位下及不同胎齡的胎兒性別部位圖像，是描述胎兒性別部位圖像的一個標準圖像庫。
圖像預處理模塊16用於對超聲圖像探測裝置11生成的胎兒圖像進行濾波去噪等預處理，使胎兒圖像更清晰。圖像分割模塊17用於對預處理後的胎兒圖像進行圖像分割。初步定位點提取模塊18用於獲得胎兒輪廓線，並找出多個疑似性別部位的初步定位點。胎兒性別部位識別模塊19對初步定位點進行識別判斷，找出確認的胎兒性別部位。胎兒性別部位屏蔽模塊20用於在胎兒性別部位生成馬賽克或其他遮擋圖案，以屏蔽胎兒性別部位。
圖2為本發明對胎兒性別部位進行識別屏蔽方法的具體流程圖。本發明方法的主要步驟如下S10對輸入的原始超聲圖像進行圖像預處理，這一步驟有該圖像預處理模塊16完成。
由於超聲設備成像原理的限制，超聲圖像存在信噪比低、斑點噪聲現象嚴重以及成像物體邊緣模糊等特點，因此需要對原始超聲圖像進行預處理。可採用自適應濾波技術對原始超聲圖像進行預處理，該技術首先分析超聲圖像的整體信噪比水平以及斑點噪聲嚴重程度，然後對圖像中的每一個象素點都通過其周圍局部鄰域的灰度分布情況來判斷該象素位於同質區域或非同質區域來選擇不同的濾波方式。在對算法速度要求較高的場合下，可直接使用均值濾波等傳統濾波方式對圖像進行預處理。
S20對預處理後的超聲圖像進行圖像分割，這一步驟由圖像分割模塊17完成。
由於超聲胎兒圖像成像內容非常複雜，而且不同周數、不同孕婦體位以及不同胎兒個體的性別部位成像差異非常大，如果對預處理後的超聲圖像使用模板相似度匹配等傳統技術手段是不現實的且沒有可行性的。為了進一步提取圖像中的信息，需要對預處理後的圖像進行圖像分割處理。對於超聲圖像的分割方法可以根據實際應用平臺的情況分成兩類。第一類針對算法速度要求較高的場合，使用固定閾值分類法，分割閾值可以根據圖像整體灰度水平選擇80或60。第二類為獲得更精確的分類效果，使用基於有監督學習技術的自適應閾值選擇方法。
圖3是本發明中自適應選擇分割閾值方法的流程圖。首先將胎兒樣本圖像庫中部分圖像作為訓練圖像，提取灰度均值和方差等整體灰度特徵作為特徵信息，再在數個預選閾值中選擇最合適的分割閾值作為標籤(Label)信息，共同組成訓練樣本。使用BP神經網絡或者支持向量機(SVM)等有監督學習分類器對訓練樣本進行訓練，將胎兒樣本圖像庫中另一部分圖像作為測試圖像，提取測試樣本進行測試，從而得到效果最好的分類器參數。獲得的參數存放入胎兒性別圖像數據參數庫15。在應用時，使用胎兒性別圖像數據參數庫15中存放的相應參數對分類器進行參數配置，對新的需分割圖像提取整體灰度特徵，再通過配置好參數的分類器自動獲得分割閾值，進行圖像分割。
S30提取疑似胎兒性別部位的初步定位點，該步驟由初步定位點提取模塊18完成。
胎兒性別部位在胎兒超聲圖像中通常只佔非常小一部分面積，例如一幅數字超聲圖像由768×576個象素點組成，其中胎兒性別部位一般佔50×50象素大小，在整個圖像中所佔比例僅有千分之五左右。為了在圖像中準確定位胎兒的性別部位，首先需要對性別部位進行粗定位。根據胎兒性別部位成像特點，分割後的圖像物體邊緣輪廓通常要通過胎兒性別部位，而且胎兒部位的輪廓線具有彎曲程度高的特徵，因此需要提取分割後物體的邊緣輪廓線，並對輪廓線曲率值進行提取，並獲取曲率極值點作為胎兒性別部位初步定位點。
圖像分割後的物體輪廓線提取使用輪廓跟蹤技術完成，將完整的輪廓線按連續相鄰方式使用鍊表表示。曲率描述線段的彎曲程度，反映了線段的走勢信息，線段曲率值可以使用十一法或B樣條法進行提取。因為性別部位輪廓線彎曲程度高，所對應的曲率絕對值較大，隨後對輪廓線上每個象素點的曲率值進行分析判斷，選擇其中曲率絕對值較大的象素點作為定位點。初步定位點縮小了圖像識別的範圍，提高了識別的精確程度。
S40判定疑似性別部位是否位於胎兒性別部位，這一步驟由胎兒性別部位識別模塊19完成。
一幅胎兒圖像預選的性別部位初步定位點數量根據圖像內容不同而各不相同，通常在10到50個左右，如果圖像中包含有胎兒性別部位，這些初步定位點將有一到數個定位點位於胎兒性別部位內部，因此位於非性別部位的初定位點需要進一步被排除；如果圖像中不包含性別部位，則所有的初定位點都需要被排除。
由於超聲圖像質量較差，為了提高識別的準確率，本方法使用多分類器融合構架對每個初步定位點是否位於胎兒性別部位進行識別判斷。分類器原理均屬於前述有監督學習技術，在本方法中具體分類器的可為BP神經網絡分類器，還可為主流的有監督分類器(如SVM)。
本實施例中，多分類器融合構架為兩層結構，第一層由多個分類器組成，每個分類器均接受初步定位點的不同特徵向量作為分類器輸入，分類器輸出為識別可信度。初步定位點的特徵值選擇可以包括以下幾種方式1，選擇經過初步定位點的物體輪廓線的連續曲率值；2，選擇以初步定位點為中心的局部圖像區域的空間域灰度分布，包括均值、方差等信息；3，選擇以初步定位點為中心的局部圖像區域的象素點灰度，並進行金字塔抽樣處理。不同的局部圖像區域大小以及不同的抽樣比例，反映了以初步定位點為中心區域的多層次圖像特徵。金字塔抽樣方法先確定抽樣比例，例如，抽樣比例為4，則說明將4×4象素點組成的小區域抽樣為1個象素點，在本實施例中抽樣的方法採用均值法，即取該區域共16個象素點灰度值的平均值。如局部圖像區域大小選擇為100×100，抽樣比例選擇為4，即可獲得一組共25×25＝625個特徵值，組成一個特徵向量。根據局部圖像區域大小以及抽樣比例的不同，可以獲得多組特徵值。基於胎兒樣本圖像庫的有監督學習分類器的訓練及測試過程與前述相同，將得到訓練好的分類器參數。獲得的參數存放入胎兒性別圖像數據參數庫15。在應用時，使用胎兒性別圖像數據參數庫15中存放的相應參數對分類器進行參數配置，新的需識別的初步定位點通過配置了參數的分類器將獲得識別可信度，用做下一層分類器的輸入。
第二層由一個分類器組成，可採用主流的有監督分類器，多採用加權投票法分類器，該分類器收集第一層所有分類器的可信度輸出組成一個可信度特徵組，作為該分類器的輸入特徵，分類器輸出為加權處理後的可信度，輸出值介於0到1之間，數值越大表明被處理的初步定位點位於性別部位的可能性越大。加權投票法分類器在訓練和測試過程中獲得的最優權重參數也將存放入胎兒性別圖像數據參數庫15。在應用時，使用胎兒性別圖像數據參數庫15中存放的相應權重參數對分類器進行配置，新的需識別的可信度特徵組通過配置了參數的分類器將獲得最終的加權可信度，作為識別的最終結果。在本實施例中，選擇輸出值大於0.8的初步定位點代表性別部位，小於等於0.8的初步定位點代表非性別部位。
S50對識別所得的性別部位加以馬賽克或其他遮擋圖案進行屏蔽，馬賽克均是以定位點為中心，其形狀、大小以及象素灰值也是可調的。這一步驟由胎兒性別部位屏蔽模塊20完成。在本實施例中添加馬賽克的範圍選擇為以識別所得性別部位定位點為中心，25個象素點大小為半徑的正方形區域，將該區域內的象素灰度值統一修改為128。其他非性別部位的圖像象素灰度保持不變，從而得到了覆蓋了胎兒性別部位的超聲圖像。
相較於現有技術，上述方法及設備可輕易實現對超聲圖像中的胎兒性別部位進行屏蔽，而其他部位的信息與原始超聲圖像完全相同，將處理後的圖像通過硬體平臺送入超聲設備代替原始圖像進行播放顯示，醫生無法從超聲圖像中正確判斷胎兒性別，從而達到對非法胎兒性別鑑定現象進行遏制的目的。
權利要求
1.一種胎兒圖像性別部位識別屏蔽方法，其特徵在於該方法包括下列步驟a.對生成的胎兒原始圖像進行圖像處理，找出通過胎兒性別部位的邊緣輪廓線，確定至少一個疑似性別部位的初步定位點；b.使用胎兒性別圖像數據參數庫和多分類器融合結構的識別系統對疑似性別部位的初步定位點進行識別，判斷確定胎兒性別部位；c.對確定的胎兒性別部位使用遮擋圖像進行屏蔽。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於在步驟a中，進一步包括一對超聲圖像進行濾波去噪的圖像預處理步驟。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於在步驟a中，採用固定閾值分類法對超聲圖像進行圖像分割。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於在步驟a中，採用有監督學習技術的自適應閾值選擇法對超聲圖像進行圖像分割。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟a中所述的初步定位點提取方式為物體邊緣輪廓的曲率極值點。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟b中所述的初步定位點的特徵值選擇方式為經過初步定位點的物體輪廓線的連續曲率值。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟b中所述的初步定位點的特徵值選擇方式為選擇以初步定位點為中心的局部圖像區域的空間域灰度分布，包括均值、方差信息。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟b中所述的初步定位點的特徵值選擇方式為選擇以初步定位點為中心的局部圖像區域的象素點灰度，並進行金字塔抽樣處理。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的多分類器融合結構中採用的分類器為BP神經網絡分類器或加權投票分類器。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟c中所述的遮擋圖像是馬賽克。
全文摘要
本發明提出了一種胎兒圖像性別部位識別屏蔽方法，其特徵在於該方法包括下列步驟a.對生成的胎兒原始圖像進行圖像處理，找出通過胎兒性別部位的邊緣輪廓線，確定至少一個疑似性別部位的初步定位點；b.使用胎兒性別圖像數據參數庫和多分類器融合結構的識別系統對疑似性別部位的初步定位點進行識別，判斷確定胎兒性別部位；和c.對確定的胎兒性別部位使用遮擋圖像進行屏蔽。本發明可有效防止利用超聲設備進行非法胎兒性別鑑定。
文檔編號A61B19/00GK101081168SQ20071007590
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月6日 優先權日2007年7月6日
發明者尹立東, 唐盛, 陳思平, 劉國文 申請人:深圳市邁科龍電子有限公司