圖像處理方法、裝置及醫療影像設備的製作方法
2024-02-14 17:33:15 1
專利名稱：圖像處理方法、裝置及醫療影像設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像處理方法、裝置及醫療影像設備。
背景技術：
數字式X線攝影(Digital Radiography, DR)是目前醫療檢測用X線影像系統較為主流的發展方向。X線攝影的圖像具有很寬大的動態範圍，並且細節的對比度也不高。由於動態範圍寬大，所形成的圖像對於某些細節卻難以辨認。為使圖像能同時呈現組織層次更豐富的信息，在圖像處理中，需要對圖像的動態範圍進行壓縮。經過研究，本領域技術人員認識到通過縮小圖像中各像素值間的差異可對圖像進行動態範圍壓縮，一種方案是利用低通濾波輸入平滑處理後的圖像，對輸入圖像中每一像素值進行增益修正，縮小圖像中各像素值間的差異，從而壓縮圖像的動態範圍。但這種方法是直接修正輸入圖像中的各像素值，可能會損失很細微的細節信息，但往往細節信息是比較重要的，尤其是對於醫療影像設備得到的DR圖像，很多診斷結果是根據細節信息得出的。
發明內容
本發明要解決的主要技術問題是，提供一種圖像處理方法、裝置及醫療影像設備， 既能對圖像的動態範圍進行壓縮，又能減少細節信息損失。本發明一方面提供一種圖像處理方法，針對分解輸入圖像所得到的本底圖進行均衡處理，所述圖像處理方法包括對輸入圖像進行分解，得到本底圖和細節圖；對本底圖進行均衡處理；通過將均衡處理後的本底圖和細節圖進行合成處理後得到結果圖。本發明另一方面提供一種圖像處理裝置，包括圖像分解單元，用於對輸入圖像進行分解，得到本底圖和細節圖；圖像均衡單元，用於對本底圖進行均衡處理；圖像合成單元，用於將均衡處理後的本底圖和細節圖進行合成處理，得到結果圖像。本發明另一方面還提供一種包括上述圖像處理裝置的醫療影像設備。
圖1為本發明圖像處理裝置一種實施例的結構示意圖；圖2為本發明圖像處理方法一種實施例的流程圖；圖3為本發明圖像處理裝置一種具體實施例的結構示意圖；圖4為本發明圖像處理裝置另一種具體實施例的結構示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施方式
結合附圖對本發明作進一步詳細說明。如圖1所示，圖像處理裝置包括圖像分解單元1、圖像均衡單元4和圖像合成單元 5。圖像分解單元1首先對輸入圖像進行分解，得到本底圖和細節圖。然後圖像均衡單元4 對本底圖進行均衡處理，使本底圖中不同區域間的像素值間的反差縮小。之後圖像合成單元5將均衡處理後的本底圖和細節圖進行合成處理，得到所需要的結果圖像。在研究中，發明人發現輸入圖像中不同區域內像素值間的巨大差異，主要體現為本底圖中不同區域內像素值間的反差變化，而基本不受輸入圖像的細節的影響。直接對輸入圖像中的各像素值進行均衡處理，雖然也能縮小圖像中各像素值間的差異，但同時也損害到了細微的細節信息。因此，本發明進行圖像處理的方法如圖2所示，包括步驟Si，將輸入圖像首先分解為蘊含細節信息的細節圖及殘餘的本底圖。步驟S2，對本底圖中的像素值進行均衡化處理，使本底圖中不同區域間的像素值間的反差縮小。步驟S3，然後將均衡處理後的本底圖和前面分解出的細節圖進行合成處理，得到需要的結果圖。在均衡化處理過程中，因為僅對本底圖進行均衡處理，壓縮的是本底圖的圖像的動態範圍，圖像的細節圖沒有被破壞，其對比度仍然被保留，而對於由細節圖和均衡後的本底圖合成的結果圖像，其既保留了圖像細節，又具有較小的圖像動態範圍。因此這種圖像均衡處理方式既能使圖像的動態範圍變小，同時又能減少細節信息的損失。實施例一請參考圖3，圖3所示的實施例中以醫療檢測用數字式X線影像設備為例進行說明，X線影像設備包括用於產生X線的X線發生器、影像接收裝置、圖像處理裝置和控制電路，影像接收裝置將數字圖像輸出給圖像處理裝置。圖像處理裝置包括用於圖像分解的低通濾波單元11、均衡單元14及最後的合成單元15。其中低通濾波單元11採用大尺寸的濾波模板，對輸入圖像進行低通濾波，從而得到濾波後的本底圖，並將輸入圖像減去本底圖後生成細節圖。即原始輸入圖像分解為本底圖和細節圖兩部分，表達公式如下I[i，j] = Ilow[i，j]+Ihigh[i，j]...........................................
.(1)其中I為輸入圖像，Ilow為本底圖，Ihigh為細節圖，i、j為像素坐標。均衡單元14對本底圖進行均衡處理，並將均衡後的本底圖輸入到合成單元15，進而與細節圖進行合成，得到結果圖像。為了均衡本底圖，本實施例構造對本底圖中每一像素值進行增益修正的函數，通過該函數計算本底圖中每一像素值的增益係數，將本底圖中每一像素值乘以增益係數後得到修正後的像素值，所述增益係數使得本底圖中每一像素的修正後的像素值向設定值靠攏，從而縮小本底圖中像素之間的差值。例如，增益係數為本底圖像素值的函數，依本底圖像素值的變化而變化。所述增益係數滿足以下條件當本底圖中的像素值小於設定值時，像素值小於設定值越多，所述增益係數越大；當本底圖中的像素值大於設定值時，像素值大於設定值越多，所述增益係數越小。在本實施例的一種實例中，與本底圖中的各像素的像素值相比較的設定值預定為本底圖的所有像素值的均值或均值的設定倍數，設定值可以是均值，也可以是均值的若干倍或零點幾倍。本底圖中偏離設定值越大的像素值，其所對應的增益係數也越偏離1.0，即本底圖中越小於設定值的那些像素值，所對應的增強係數也就越大於1. 0，而本底圖中越大於設定值的那些像素值，所對應的增強係數也就越小於1.0。將原像素值乘上增益係數後得到均衡後的像素值。均衡單元14對本底圖中的像素值IlOT[i，j]及設定值H，依據如下公式⑵中的函數f，生成對該像素值IlOT[i，j]進行增益修正的增益係數g[i，j]，g[i，j] = f(Il0W[i, j], H, c)....................(2)其中c為控制均衡程度的參數，其取值範圍可以為任意實數區間，例如取值為
或[1，10]之間。當C取值為其取值區間的一端時，圖像的均衡效果最弱，相反， 當C取值為其取值區間的另一端時，圖像的均衡效果最強。設定值H的取值範圍通常對應感興趣區域內像素值的變化範圍，其一種取值方法為本底圖均值乘上一個大於零的實數k。 例如k可以取值為1，2. 6，4，6. 5，23等。函數f隨I1W[i，j]單調遞減，並且I1W[i，j]偏離設定值H越大，函數值f也就越偏離1. 0，即IlOT[i，j]越大於設定值H，函數值f也就越小於1. 0，而IlOT[i，j]越小於設定值H，函數值f也就越大於1. 0。構造函數f的方法很多，其中一種方法如公式(3)所示，
HJV1 Ji, A H, Ckirw^~—~——............ (3)
H-(l.O-^ + c-I^ii, j]從該公式可以看出，參數c為0時，函數f恆為1，圖像不進行均衡。此外，構造函數f的另一種方法如公式(4)所示，f (1Iowihj], H, C)=m[ij]...........................⑷
1.0 - C + C ■ ^ H此外，依據函數f生成的增益係數g[i，j]，對本底圖中像素值IlOT[i，j]所進行的增益修正過程表達為如下公式(5)所示，I' low[i, j] = Ilow[i, j]Xg[i, j],(5)其中I' low[i, j]為均衡後的像素值，g[i，j]為公式(2)中所示的增益係數。上述公式中增益係數都與參數c有關，當然也可以與參數c無關，即函數f為與 Ilow[i, j]和設定值H有關的函數。由於本實施例中生成的結果圖是由分解後的細節圖與均衡後的本底圖組合而成的，因此，不會損失任何細節信息，整個均衡過程簡單，並且合成後的結果圖具有均衡效果。實施例二 在圖4所示的另一種實施例中，圖像處理裝置包括用於圖像分解的多尺度分解單元21、均衡單元M及最後的合成單元25。圖像均衡過程大體上與圖3所示的實施例相同， 其主要差別在於圖像分解及最後的合成過程。圖4中的分解單元21採用了多尺度分解方法，將輸入圖像分解為一系列具有不同尺度的細節圖及最終的本底圖，並且在分解過程中， 隨著分解層次的逐漸加深，其所對應的細節圖的尺寸也逐漸縮小。由於合成過程是分解過程的逆過程，因此圖3所示的合成單元25需要將均衡後的本底圖首先進行尺寸擴展，使得其擴展後的尺寸與最深層次(假設N為最深層次)的細節圖的尺寸相等，然後再將擴展後的本底圖與最深層次的細節圖合成相加，從而得到第N層次的中間圖像。之後，再將該中間圖像進行尺寸擴展，使得其擴展後的尺寸與次深層次(即N-I層次)的細節圖的尺寸相等，並與次深層次的細節圖合成相加，進而得到第N-I層次的中間圖像。以此下去，直到將第 2層次的中間圖像進行尺寸擴展，使其尺寸擴展到第1層次的細節圖的尺寸相等，將擴展後的第2層次的中間圖像與第1層次的細節圖疊加，從而最後得到與輸入圖像具有相同尺寸的合成結果圖像。由於該實施例中所採用的多尺度分解方法，可以區分不同尺寸的細節，因此在該實施例中還可以對不同的細節進行額外更靈活的操作，如增強細節等，如圖4所示的實施例。在該實施例中，除了對本底圖進行均衡外，還對各層次的細節同時進行不同程度的增強，並且也對因細節增強而放大了的噪聲進行抑制。因而，圖像處理裝置還包括圖像增強單元22和圖像降噪單元23。上述實施例可應用於各種醫療影像設備，例如X線影像設備、超聲設備等，另外， 對於各種圖像，只要該圖像能夠分解成本底圖和細節圖，就可採用上述實施例的圖像均衡方法壓縮圖像的動態範圍。以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種圖像處理方法，其特徵在於包括對輸入圖像進行分解，得到本底圖和細節圖； 對本底圖進行均衡處理；將細節圖與均衡處理後的本底圖進行合成處理後得到結果圖。
2.如權利要求1所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述對本底圖進行均衡處理包括 計算本底圖中每一像素值的增益係數，將本底圖中每一像素值乘以增益係數後得到修正後的像素值，所述增益係數使得本底圖中每一像素的修正後的像素值向設定值靠攏。
3.如權利要求2所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述增益係數為本底圖像素值的函數，所述增益係數滿足以下條件當本底圖中的像素值小於所述設定值時，像素值小於所述設定值越多，所述增益係數越大；當本底圖中的像素值大於所述設定值時，像素值大於所述設定值越多，所述增益係數越小。
4.如權利要求1-3中任一項所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述對輸入圖像進行分解包括對輸入圖像進行低通濾波，得到本底圖； 將輸入圖像減去本底圖後得到細節圖。
5.如權利要求1-3中任一項所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述對輸入圖像進行分解包括採用多尺度分解法將輸入圖像分解為一系列具有不同尺度的細節圖和最終的本底圖。
6.如權利要求5所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述合成處理包括將均衡處理後的本底圖進行尺寸擴展，使其尺寸擴展到與第N層次的細節圖的尺寸相等，所述第N層次為最深層次；將擴展後的本底圖與最深層次的細節圖疊加得到第N層次的中間圖像；將第N層次的中間圖像進行尺寸擴展，使其尺寸擴展到第N-I層次的細節圖的尺寸相等；將擴展後的第N層次的中間圖像與第N-I層次的細節圖疊加得到第N-I層次的中間圖像；依次類推，直到將第2層次的中間圖像進行尺寸擴展，使其尺寸擴展到第1層次的細節圖的尺寸相等，將擴展後的第2層次的中間圖像與第1層次的細節圖疊加得到與輸入圖像具有相同尺寸的結果圖像。
7.一種圖像處理裝置，其特徵在於包括圖像分解單元，用於對輸入圖像進行分解，得到本底圖和細節圖； 圖像均衡單元，用於對本底圖進行均衡處理；圖像合成單元，用於將細節圖和均衡處理後的本底圖進行合成處理，得到結果圖像。
8.如權利要求7所述的圖像處理裝置，其特徵在於，所述圖像均衡單元用於計算本底圖中每一像素值的增益係數，將本底圖中每一像素值乘以增益係數後得到修正後的像素值，所述增益係數使得本底圖中每一像素的修正後的像素值向設定值靠攏。
9.如權利要求8所述的圖像處理裝置，其特徵在於，所述增益係數為本底圖像素值的函數，所述增益係數滿足以下條件當本底圖中的像素值小於所述設定值時，像素值小於所述設定值越多，所述增益係數越大；當本底圖中的像素值大於所述設定值時，像素值大於所述設定值越多，所述增益係數越小。
10.如權利要求9所述的圖像處理裝置，其特徵在於，所述設定值為本底圖的所有像素值的均值或均值的設定倍數，所述設定倍數為大於0的正數；當本底圖中的像素值等於設定值時，所述增益係數為1 ；當本底圖中的像素值小於設定值時，所述增益係數大於1，像素值小於設定值越多，所述增益係數大於1越多；當本底圖中的像素值大於設定值時，所述增益係數小於1，像素值大於設定值越多，所述增益係數小於1越多。
11.如權利要求9所述的圖像處理裝置，其特徵在於，所述增益係數的計算公式為g[i,j]=---或= ilow[l,j] n， \.0-c + c-e(^)其中，g[I，j]為增益係數，Ilow[ι, j]為本底圖中的像素值，H為設定值，C為控制均衡程度的參數。
12.如權利要求7-11中任一項所述的圖像處理裝置，其特徵在於，所述圖像分解單元包括用於對輸入圖像進行低通濾波以得到本底圖的低通濾波子單元；用於將輸入圖像減去本底圖後得到細節圖的減法子單元。
13.如權利要求7-11中任一項所述的圖像處理裝置，其特徵在於，所述圖像分解單元採用多尺度分解法將輸入圖像分解為一系列具有不同尺度的細節圖和最終的本底圖。
14.如權利要求13所述的圖像處理裝置，其特徵在於，所述圖像合成單元包括用於擴展圖像的尺寸擴展子單元、圖像疊加子單元和判斷子單元，所述尺寸擴展子單元將均衡處理後的本底圖或第M層次的中間圖像進行尺寸擴展，使尺寸擴展到與對應層次的細節圖的尺寸相等，所述本底圖對應第N層次的細節圖，所述第M層次的中間圖像對應第M層次的細節圖，所述第N層次為最深層次，所述M為小於N的正整數，所述M隨擴展次數的增加而遞減；所述圖像疊加子單元用於將尺寸擴展子單元擴展後的本底圖與第N層次的細節圖疊加得到第N層次的中間圖像，或將尺寸擴展子單元擴展後的第M層次的中間圖像與第M-I層次的的細節圖疊加得到第M-I層次的中間圖像；所述判斷子單元用於判斷圖像疊加子單元輸出的中間圖像是否是第1層次的中間圖像，若是，則不再將疊加後的中間圖像輸入到尺寸擴展子單元，否則繼續將疊加後的中間圖像輸入到尺寸擴展子單元。
15.一種醫療影像設備，其特徵在於包括權利要求7-14中任一項所述的圖像處理裝置。
全文摘要
本發明公開了一種圖像處理方法、裝置及醫療設備，針對分解輸入圖像所得到的本底圖進行均衡處理，然後將均衡處理後的本底圖和從輸入圖像分解出細節圖進行合成處理，得到結果圖。在均衡化處理過程中，因為僅對本底圖進行均衡處理，細節圖沒有被破壞，其對比度仍然被保留，因此這種圖像均衡處理方式既能使圖像的動態範圍變小，同時又能減少細節信息的損失。
文檔編號G06T5/00GK102339459SQ201010227818
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月15日 優先權日2010年7月15日
發明者孫文武 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司