一種x射線圖像邊緣和對比度綜合增強方法
2023-05-28 02:57:46 4
專利名稱：一種x射線圖像邊緣和對比度綜合增強方法
技術領域：
本發明涉及圖像處理技術領域，尤其涉及工業或醫學x射線圖像5 檢查系統的圖像增強處理。
技術背景在x射線圖像檢查系統中，經常出現輸出圖像模糊不清、圖像整體亮度過低等情況，對檢查人員觀察圖像內容及發現圖像中的可疑區域造成很大的困難。io 為使圖像顯示更為清晰，在X射線圖像檢查系統中需要加入各種 圖像處理功能。常用的有各種邊緣增強算法和對比度增強算法，不同 的算法有不同的效果，多種算法的組合次序與增強結果也有密切的關 系。在以往的增強算法中，往往只提供單獨的邊緣增強方法，如發明 專利CN1405734-—種醫學圖像的邊緣增強方法、CN1426019-用於增15 強數字圖像同時抑制下衝和過衝的方法和CN1819621-醫學圖像增強 處理方法，也有單獨的對比度增強方法，如發明專利CN1438610-使 用直方圖匹配增強對比度的裝置和方法、CN1770847 -自適應對比度 增強；或只增強圖像中較暗區域的技術，如英國發明專利9916088.9-X 射線圖像增強。在使用過程中，需要用戶根據實踐經驗選擇和嘗試各20種算法，或簡單的將某種對比度增強與邊緣增強組合使用。但用戶很 難選擇適當的算法，並按正確的順序將它們組合起來。另夕卜，有些增強方法依賴於特定的硬體，如發明專利CN1438610 -使用直方圖匹配增強對比度的裝置和方法和CN1620107 -圖像銳度 增強裝置和方法，缺乏通用性。25 發明內容本發明的目的是提供一種通用的x射線圖像綜合增強方法，使得用戶通過單一綜合增強方法，同時增強圖像中的邊緣細節信息和對比 度信息，方便用戶對圖像內容的檢查。本發明所給出的方法可以自動、快速、高效地增強各種透視圖像 的細節信息。5 本發明提供的X射線圖像邊緣和對比度綜合增強方法包括如下Sl:輸入釆集到的X射線圖像；S2:釆用可調節強度的Laplacian邊緣增強算法對圖像進行邊緣 增強處理；io S3 :採用快速局部直方圖均衡化(LHE: Local HistogramEqualization)處理增強圖像中的每一處細節；S4:對經過步驟S3處理的圖像數據進行灰度範圍拉伸； S5:輸出增強的圖像。 其中，在步驟S2中，釆用滑動窗口的方式計算局部直方圖；在 15統計累積直方圖時，僅累積到當前像素灰度級值，且根據當前像素值 小於或大於灰度範圍的一半，分別釆用從下向上累積或從上向下累積 方式，使得對任意一點的累加次數不超過灰度級數的一半；將局部直 方圖均衡化的窗口尺寸取為灰度級與2的整數次冪的乘積，將灰度映 射過程中的乘法和除法轉化為快速的移位操作。 20 其中，在步驟S3中通過自適應參數的對數變換來增強圖像中較暗區域。同現有各種檢查設備上的透視圖像增強算法相比，本發明技術有 以下幾個優勢(1) 增強效果好。無論是原始圖像較暗區域還是較亮區域，在 25增強之後都能達到一個適於人眼觀察的亮度，且層次清晰；(2) 自適應能力強，自動化程度高，使用簡單。無需用戶多次 挑選和疊加各處增強技術，也無需為算法設置參數，算法各步中的自適應調節會在各種類型的圖像上得到很好的增強效果。(3)執行速度快。由於我們對計算量最大的局部直方圖均衡化 釆用了多種加速技術，使得與同類採用局部直方圖均衡化處理的增強 算法相比，速度有了明顯的提高。5
圖l本發明方法的整體處理流程圖； 圖2為Laplacian算子的離散形式示意圖； 圖3為採用滑動窗口的方式計算局部直方圖； 圖4為依據本發明方法所作的一個典型的圖像處理示意圖； 10 圖5為採用本發明的增強方法進行處理後的結果示意圖。
具體實施方式
以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。 本發明的整個處理過程如圖l所示，對X射線圖像的綜合增強方法主要包括以下三步，在將由x射線圖像釆集系統採集到的x射線圖15像輸入到計算機處理系統後，首先釆用可調節強度的Laplacian邊緣增 強算法對圖像進行邊緣增強處理；然後釆用快速局部直方圖均衡化 (LHE: Local Histogram Equalization)處理增強圖像中的每一處細節； 最後一步為灰度範圍拉伸，由於X射線圖像一般有些區域偏暗，通過 自適應參數的對數變換來拉伸圖像中較暗區域的灰度範圍。經過以上20三步增強處理，就得到增強的射線圖像。下面分別介紹本發明具體實現步驟的三個步驟(1)邊緣增強釆用下式進行強度可調的Laplacian邊緣增強 g(x，>0 = /(x，:v)-a.V2/(;c,>0 (1)其中f(x，y)為輸入圖像，g(x，y)為增強後圖像，a為一正係數(典型 值為0.5~4)，為Laplacian算子，其離散形式如圖2所示。 25 (2)對比度增強採用局部直方圖均衡化LHE(又稱自適應直方圖均衡化，AHE: Adaptive Histogram Equalization)對圖像對比度進行調節。在本實施例的局部直方圖均衡化過程中，釆用以下三項技術來加速處理過程(a) 釆用滑動窗口的方式計算局部直方圖，如圖3所示。在計算得 5到以A點為中心區域的直方圖後，計算以B點為中心區域的直方圖時只需要在原來的直方圖中去除左邊一列像素，同時加上右邊一列像 素。而不需要重新統計整個區域內的所有像素，大大提高了處理速度。(b) 在統計累積直方圖時，僅累積到當前像素灰度級值，且根據 當前像素值小於或大於灰度範圍的 一半，分別採用從下向上累積或從io上向下累積方式，使得對任意一點的累加次數不超過灰度級數的一 半。從平均意義上來講，在累加這一步節省了一半的計算量。(c) 將局部直方圖均衡化的窗口尺寸取為灰度級與2的整數次冪 的乘積，將灰度映射過程中的乘法和除法轉化為快速的移位操作。設 灰度級為L，進行直方圖均衡化的正方形區域邊長為W，則有15W2=L*2P， p為不小於0的整數。整個快速局部直方圖均衡化算法可用偽代碼描述如下快速LHE算法for每個像素idofor最左邊一列每個像素formula see original document page 6endfor最右邊一列每個像素jdoformula see original document page 6與formula see original document page 6求和 C7^=W2- S州雄)endg(i)， = CHist p(這裡假設W2=L*2P.)end5 其中Hist表示直方圖，CHist表示累加直方圖，g(i)表示當前處理點的輸入灰度，g(i)'表示輸出灰度。由於LHE常常會過度增強對比度，我們在增強過程中取LHE增 強結果與增強前圖像的加權和作為處理結果力=6. g(x，力—(1 - &) ZJ/五(g(;c， y)) (2) 其中g(x,y)為上一步邊緣增強的結果,b為 一加權係數，且0<b<l, io —般取b-0.5。(3)對比度拉伸由於X-射線圖像一般會有些區域偏暗，而這 些區域往往是檢查的重點區域。為了能使較暗區域內的圖像內容顯得 更清晰，我們通過自適應參數的對數變換來增強圖像中較暗區域，如 下式所示; (x，力=c, log(l + c2 /r(x，力) (3)15 其中q為一個歸一化常數，以保證輸出灰度處於要求的取值範圍之內，C2是一個與圖像整體平均灰度成反比的正常數，圖像越亮，它 的值越小，圖像越暗，它的值越大。綜合以上三步，可以實現對各種類型的透視圖像的有效增強。圖4是一個典型的圖像處理，圖5為採用本發明所給出的增強方20法進行處理後的結果。處理過程中，第一步邊緣增強中的參數3=1;第二步對比度增強中的參數6=0.5;第三步自適應對比度拉伸中，統 計灰度均值為32,855(16bit灰度圖像)，參數c產27358, c2-9.97。在原始圖像中，下方較暗區域的字符無法分辨，右上角亮區域中 的"L"形折線、及右邊中間階梯灰度中的正弦線很難分辨，但在處 25理過的圖像中，這些較暗區域中的部分字符可以辨認，右上角亮區域中的"L"形折線可辨認，右邊中間的正弦線很清晰。可以看出，無 論是原始圖像較暗區域還是較亮區域，圖像細節都得到了很好地增 強。雖然本發明是具體結合一個優選實施例示出和說明的，但熟悉該 5 技術領域的人員可以理解，其中無論在形式上還是在細節上都可以作 出各種改變，這並不背離本發明的精神實質和專利保護範圍。
權利要求
1. 一種X射線圖像邊緣和對比度綜合增強方法，其特徵在於該方法包括如下步驟S1輸入採集到的X射線圖像；S2採用可調節強度的Laplacian邊緣增強算法對圖像進行邊緣增強處理；S3採用快速局部直方圖均衡化LHE處理增強圖像中的每一處細節；S4對經過步驟S3處理的圖像數據進行灰度範圍拉伸；S5輸出增強的圖像。
2、 如權利要求1所述的X射線圖像邊緣和對比度綜合增強方法， 其特徵在於在步驟S2中，釆用滑動窗口的方式計算局部直方圖。
3 、如權利要求1所述的X射線圖像邊緣和對比度綜合增強方法， 其特徵在於在步驟S2中 '在統計累積直方圖時，僅累積到當前像素灰度級值，且根據當前 像素值小於或大於灰度範圍的 一半，分別釆用從下向上累積或從上向 下累積方式，使得對任意一點的累加次數不超過灰度級數的一半。
4、 如權利要求1所述的X射線圖像邊緣和對比度綜合增強方法，其特徵在於在步驟S2中將局部直方圖均衡化的窗口尺寸取為灰度級與2的整數次冪的 乘積，將灰度映射過程中的乘法和除法轉化為快速的移位操作。
5、 如權利要求1所述的X射線圖像邊緣和對比度綜合增強方法， 其特徵在於在步驟S3中，通過自適應參數的對數變換來增強圖像中較暗區域。
全文摘要
本發明涉及圖像處理技術領域，尤其涉及工業或醫學X射線圖像檢查系統的圖像增強處理方法。該方法包括如下步驟S1輸入採集到的X射線圖像；S2採用可調節強度的Laplacian邊緣增強算法對圖像進行邊緣增強處理；S3採用快速局部直方圖均衡化LHE處理增強圖像中的每一處細節；S4對經過步驟S3處理的圖像數據進行灰度範圍拉伸；S5輸出增強的圖像。同現有各種檢查設備上的透視圖像增強算法相比，本發明增強效果好，自適應能力強、自動化程度高、使用簡單，並且執行速度快。
文檔編號G06T5/40GK101231747SQ200710062928
公開日2008年7月30日 申請日期2007年1月22日 優先權日2007年1月22日
發明者麗 張, 王志明, 邢宇翔, 陳志強 申請人:清華大學;同方威視技術股份有限公司