CN101276462B - 一种医用图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用图像处理方法，包括以下步骤：确定所需处理图像即原始图像的几何中心点；取得原始图像各像素位置的数据；判断是否需要对所显示图像进行增强处理：当所显示图像中存在与背景灰度等级比较接近的图像区域，则需要对该区域进行增强处理，否则不需要；对需进行增强处理的区域进行增强处理；判断是否需要对所显示图像进行放大处理：当所显示图像中存在过小而看不清楚的区域时，则需要进行放大处理，否则不需要；放大处理：采用划分单元格的方式对图像进行放大处理并显示。本发明工序步骤简单、实现方便，能简单方便对实现医用图像进行增强与放大处理，并模拟圆形放大镜的方式进行清晰显示，有效提高图像的显示效果。

Description

一种医用图像处理方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种医用图像处理方法。

背景技术

在计算机领域中，所谓的数字灰度图像是指每个像素只有一个采样颜色的图像。这类图像通常显示为从最暗黑色到最亮白色之间的不同灰度的图像，理论上说，这类图像所采样的颜色可以是不同深浅的任何颜色，甚至可以是不同亮度上的不同颜色。但是，灰度图像与黑白图像不同，在计算机图像领域中，黑白图像只有黑色与白色两种颜色；而灰度图像在黑色与白色之间还有许多级不同的颜色深度。灰度图像的灰度，通常是通过在单个电磁波频谱内(如可见光)测量每个像素的亮度而得到的。实际应用中所显示的灰度图像，通常是用每个采样像素8位的非线性尺度来保存的，这样便可以表示出256级灰度。而在医学图像和遥感图像类技术领域中，经常采用灰度级数更多的表示方法以充分利用每个采样像素10或12位的传感器精度，并且可以避免计算时的近似误差。因而，在此类应用领域中，图像是用每个采样像素16位的非线性尺度来进行保存，即可以得到65536级灰度。

在医学影像的灰度图像中，图像较暗的区域可能还有病变的信息，但因为此部分与背景的灰度等级比较接近，因而看不清楚。那么，要更清楚地看清病灶，则需要对图像进行增强处理。图像增强就是增加其中的背景灰度等级，使之灰度增加，增大图像与背景之间的对比度，将有用的信息显示出来。

目前，现有技术领域中对图像进行处理时，一般是采用图像放大镜先取当前所显示的一个区域的图像，再使用StretchBlt方法将图像显示在另一区域中，而由函数根据区域的大小来自动实现图像的缩放。其处理方法一般比较简单，不能模拟现实中的圆形放大镜的显示效果，对图像象素只是简单的复制，没有反映出放大前与放大后图像像素之间的关系，即二者之间的关联性不能体现；另外，没有改变图像的灰度等级。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种医用图像处理方法，其工序步骤简单、实现方便，能简单方便对实现医用图像进行增强与放大处理，并模拟圆形放大镜的方式进行清晰显示，有效提高图像的显示效果。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种医用图像处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(a)确定所显示原始图像的几何中心点M：将摄像机实时所摄取的图像信号，通过图像信号传输装置传至图像采集、处理及显示装置进行处理并显示；所述图像采集、处理及显示装置包括控制系统、由控制系统进行控制的显示器，以及与控制系统相连的图像采集装置，由控制系统确定显示器所显示图像的几何中心点M；

(b)由控制系统取得所述原始图像各像素位置的数据x_(i，j)，其中i表示行，j表示列；

(c)使用者通过肉眼判断，是否需要对所述原始图像进行增强处理：当显示器所显示的原始图像中存在看不清楚的较暗区域时，即存在与背景的灰度等级比较接近的图像区域时，则需要对该区域进行增强处理；否则，不需要进行增强处理；

(d)增强处理：

1)由控制系统分析并划定显示器所显示图像的背景灰度等级范围[q₁，q₂]；

2)通过控制系统对与背景灰度等级重合的区域，即灰度值m∈[q₁，q₂]的区域，按公式 $n=f\left(m\right)=\frac{(q_2-u\×q_1)\×m+q_1\×q_2(u-1)}{q_2-q_1}$ 进行处理，其中m为处理前的灰度值，n为处理后的灰度值，u为灰度等级提升的倍率；

(e)判断是否需要对所显示的图像进行放大处理：当显示器所显示的图像中存在过小而看不清楚的区域时，则需要进行放大处理；否则，不需要进行放大处理；

(f)放大处理：首先，根据具体实际需要，确定需放大的放大倍率c；之后，由控制系统采用划分单元格的方式，将放大后与放大前的图像均相应划分成若干个单元格，并根据放大后图像的各单元格与放大前图像的各单元格间的位置关系，将放大后图像的所有单元格划分为以下四种情形并相应进行处理：

1)当放大后图像的某单元格完全位于放大前图像的某单元格内时，按公式y_{(i’，j’)}＝x_{(i×z，j×z)}进行处理；

2)当放大后图像的某单元格从横向上，即在同一行上跨越放大前图像的多个单元格时，

按公式y_{(i’，j’)}＝x_{(i×z，j×z)}×[ceil(j×z)-j×z]+x_{(i×z，j×z+1)}×[(j×z+z)-ceil(j×z)]进行处理；

3)当放大后图像的某单元格从纵向上，即在同一列上跨越放大前图像的多个单元格时，

按公式y_{(i’，j’)}＝x_{(i×z，j×z)}×[ceil(i×z)-i×z]x_{(i×z+1，j×z)}×[(i×z+z)-ceil(i×z)]进行处理；

4)当放大后图像的某单元格从横向和纵向上，即在行和列上均跨越放大前图像的多个单格时，按公式

y_{(i’，j’)}＝x_{(i×z，j×z)}×[ceil(j×z)-j×z][ceil(i×z)-i×z]+x_{(i×z，j×z+1)}×[(j×z+z)-ceil(j×z)]×[ceil

(i×z)-i×z]+x_{(i×z+1，j×z)}×[ceil(j×z)-j×z]×[(i×z+z)-ceil(i×z)]+x_{(i×z+1，j×z+1)}×[(j×z

+z)-ceil(j×z)]×[(i×z+z)-ceil(i×z)]

进行处理；

其中x_(i，j)为放大前图像各像素位置的数据，y_{(i’，j’)}为放大后图像各像素位置的数据，z＝1.0/c；

(g)通过显示器对经步骤(d)或经步骤(f)处理后的图像进行显示。

步骤(g)所述的进行显示时，采用模拟圆形放大镜的方式进行显示，且其在控制系统上进行运行，具体包括以下步骤：

(一)将步骤(f)中经放大处理后所得的数据y_{(i’，j’)}，存入存储单元q中；

(二)以步骤(a)确定的中心点M为中心，将步骤(一)中的数据再存入存储单元q₁中；

(三)以存储单元q₁中所存储图像的中心点为圆心，作出该图像的内切圆，并将该内切圆中的数据设定为0，之后再存入存储单元q₁；

(四)以存储单元q中所存储图像的中心点为圆心，作出该图像的内切圆，并将该内切圆外的数据设定为0，之后再存入存储单元q；

(五)结合经步骤(三)和步骤(四)处理后的存储单元q₁和q中所存储的数据，对其进行运算处理并最终转存入存储单元q中；

(六)根据实际具体需要，设定所模拟圆形放大镜的半径r，以步骤(五)中存储单元q内所存储图像的中心点为圆心、以r为半径划定区域，将该区域内的数据复制到原始图像对应的位置，并相应进行显示。

步骤(d)中所显示图像的灰度等级为256级，所述[q₁，q₂][100，125]。

步骤(a)中所述摄像机所摄取的信号为X线机的影像增强器输出的图像信号，所述摄像机为百万像素摄像机，摄像机上设置有以太网接口，摄像机通过以太网直接与图像采集、处理及显示装置相连。

所述图像采集、处理及显示装置还包括与控制系统相连的键盘、资料存储单元和多个参数调节装置；所述控制系统同时与X线机相接，图像采集装置通过以太网与摄像机相接。

所述所述参数调节装置为增益调节装置、锐化调节装置、增亮调节装置、窗宽调节装置和窗位调节装置。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1、所采用的工序步骤简单、实现方便，在对图像所用的硬件部分未作改进的基础上，也能简单方便对实现医用图像进行增强与放大处理，并且图像的显示效果非常好；2、采用软硬件结合的方式，其硬件部分结构简单合理且使用操作简便，完全实现智能化；另外，其通过以太网直接将摄像机所摄取的数字信号传输至图像采集、处理及显示装置，传输环节简单、传输速率高且信号损失小；3、通过对图像进行增强处理，将图像中不清楚的较暗区域的背景灰度等级提升，改变此部分区域图像的对比度，使得图像显示更清晰，最终将较暗区域的病变信息也能准确、清楚明了地显示出来，同时不影响整个图像的质量；4、采用划分单元格的形式对图像进行放大处理，按任意比例放大均不会导致图像失真，放大效果非常好；另外，采用此种放大处理方法，能够将放大前与放大后图像像素之间的关系，即二者之间的关联性充分体现出来；5、模拟物理圆形放大镜的方式进行清晰显示，图像的显示效果更直观，有效提高图像的显示效果，实用性非常强。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明所用医用图像处理系统的结构框图。

图2为本发明图像采集、处理及显示装置的结构框图。

图3为本发明的控制流程图。

附图标记说明：

1-摄像机；  2-摄像机接口；  3-图像采集、处理及显示装置；

4-键盘；    5-资料存储单元；6-参数调节装置；

7-控制系统；8-显示器；      9-以太网；

10-X线机；  11-图像采集装置。

具体实施方式

结合图1、图2及图3，本发明所用医用图像处理系统包括依次相连的摄像机1、图像信号传输装置和图像采集、处理及显示装置3。其中，摄像机1为百万像素摄像机，且其实时摄取的信号为X线机10的影像增强器输出的图像信号，也就是说，本图像处理系统为与X线机10的影像增强器配套使用的医用图像处理系统。另外，摄像机1上设置有以太网接口2，摄像机1通过以太网9直接与图像采集、处理及显示装置3相连，摄像机1将其所摄取的数字图像信号通过以太网接2和以太网9直接传输至图像采集、处理及显示装置3，传输环节简单、传输速率高且信号损失小，其以太网9为千兆以太网。

其图像采集、处理及显示装置3包括控制系统7、由控制系统7进行控制的显示器8，以及与控制系统7相连的键盘4、图像采集装置11、资料存储单元5和五个参数调节装置6。其中，图像采集装置11通过以太网9与摄像机1相接。五个参数调节装置6为分别对图像信号进行调节的增益调节装置、锐化调节装置、增亮调节装置、窗宽调节装置和窗位调节装置。在实时采集、实时处理并实时显示的同时，通过控制系统7对资料存储单元5进行控制，将最终处理好的被检测病人的相关图像资料进行储存并整理归档，即同时具有对病人档案进行管理的功能；同时，对于还需经后续处理的资料，则预先储存至资料存储单元5，以备后续处理。

当摄像机1实时所摄取图像信号通过以太网9传至图像采集、处理及显示装置3后，通过显示器8进行显示。结合显示器8所显示的图像情形，对该图像进行处理。其图像处理方法包括以下步骤：

第一步、确定所需处理图像即原始图像的几何中心点M：将摄像机1实时所摄取的图像信号，通过图像信号传输装置传至图像采集、处理及显示装置3进行处理，并通过显示器8显示；之后，由控制系统7确定所显示图像即所需处理图像的几何中心点M。

第二步、由控制系统7取得原始图像各像素位置的数据x_(i，j)，并将该原始图像的数据出入存储单元p中，其中i表示行，j表示列。

第三步、判断是否需要对第一步中所显示的图像进行增强处理：通过对显示器8所显示的原始图像进行判断，当所显示图像中存在看不清楚的较暗区域时，即存在与背景的灰度等级比较接近的图像区域，则需要对该区域进行增强处理，执行第四步；否则，不需要进行增强处理，则直接执行第五步；

第四步、增强处理：

1)由控制系统7分析并划定，显示器8所显示图像的背景灰度等级范围[q₁，q₂]。本具体实施例中，所显示图像的灰度等级为256级，其中[q₁，q₂]＝[100，125]。

2)通过控制系统7对与背景灰度等级重合的区域，即灰度值m∈[100，125]的区域，按公式 $n=f\left(m\right)=\frac{(q_2-u\×q_1)\×m+q_1\×q_2(u-1)}{q_2-q_1}$ 进行处理，并通过显示器8进行显示，其中m为处理前的灰度值，n为处理后的灰度值，u为灰度等级提升的倍率。

也就是说，通过增强处理，对图像中不清楚的较暗区域，即对灰度等级与背景灰度等级范围重合的区域进行增强处理，将此部分的背景灰度等级提升，改变此部分区域图像的对比度，使得图像显示更清晰，最终将较暗区域的病变信息也能准确、清楚明了地显示出来；而对于其他区域的灰度等级在不作任何改变，这样，图像的增强处理结果不会影响整个图像的质量。

第五步、判断是否需要对第一步中所显示的图像，或第四步经增强处理后所显示的图像进行放大处理：通过对显示器8所显示的图像进行分析判断，当所显示图像中存在过小而看不清楚的区域时，则需要进行放大处理，执行第六步；否则，不需要进行放大处理，执行第七步。

第六步、放大处理：

首先，根据具体实际需要，确定所显示图像需放大的放大倍率c；之后，控制系统7采用划分单元格的方式，由控制系统7将放大后与放大前的图像均相应划分成若干个单元格，再根据放大后图像的各单元格与放大前图像的各单元格间的位置关系，将放大后图像的所有单元格划分为以下四种情形并相应进行处理：

1)当放大后图像的某单元格完全位于放大前图像的某单元格内时，即当int(i×z)＝int((i+1)×z)且int(j×z)＝int((j+1)×z)时，按公式y_{(i’，j’)}＝x_{(i×z，j×z)}进行处理。

2)当放大后图像的某单元格从横向上，即在同一行上跨越放大前图像的多个单元格时，即当int(i×z)＝int((i+1)×z)且int(j×z)≠int((j+1)×z)时，按公式y_{(i’，j’)}＝x_{(i×z，j×z)}×[ceil(j×z)-j×z]+x_{(i×z，j×z+1)}×[(j×z+z)-ceil(j×z)]进行处理；

3)当放大后图像的某单元格从纵向上，即在同一列上跨越放大前图像的多个单元格时，即当int(i×z)≠int((i+1)×z)且int(j×z)＝int((j+1)×z)时，按公式y_{(i’，j’)}＝x_{(i×z，j×z)}×[ceil(i×z)-i×z]+x_{(i×z+1，j×z)}×[(i×z+z)-ceil(i×z)]进行处理；

4)当放大后图像的某单元格从横向和纵向上，即在行和列上均跨越放大前图像的多个单元格时，即当int(i×z)≠int((i+1)×z)且int(j×z)≠int((j+1)×z)时，按公式

y_{(i’，j’)}＝x_{(i×z，j×z)}×[ceil(j×z)-j×z][ceil(i×z)-i×z]+x_{(i×z，j×z+1)}×[(j×z+z)-ceil(j×z)]×[ceil

            (i×z)-i×z]+x_{(i×z+1，j×z)}×[ceil(j×z)-j×z]×[(i×z+z)-ceil(i×z)]+x_{(i×z+1，j×z+1)}×[(j×z

            +z)-ceil(j×z)]×[(i×z+z)-ceil(i×z)]

进行处理；其中x_(i，j)为放大前图像各像素位置的数据，y_{(i’，j’)}为放大后图像各像素位置的数据，z＝1.0/c。

第七步、通过显示器8对经第四步或经第六步处理后的图像进行显示。

综上，采用此方法对图像按任意比例进行放大处理，均不会导致图像失真，放大效果非常好；另外，其能够将放大前与放大后图像像素之间的关系，即二者之间的关联性充分体现出来。

采用上述放大处理方法，对所需处理图像进行放大处理后，采用模拟圆形放大镜的方式进行显示，且在控制系统7上进行运行，具体包括以下步骤：

(一)将第六步中经放大处理后所得的数据y_{(i’，j’)}，存入存储单元q中；

(二)以第一步中确定的中心点M为中心，将步骤(一)中的数据再存入存储单元q₁中；

(三)以存储单元q₁中所存储图像的中心点为圆心，作出其所存储图像的内切圆，并将该内切圆中的数据设定为0，之后再存入存储单元q₁；

(四)以存储单元q中所存储图像的中心点为圆心，作出其所存储图像的内切圆，并将该内切圆外的数据设定为0，之后再存入存储单元q；

(五)结合经步骤(三)和步骤(四)处理后的存储单元q₁和q中所存储的数据，对其进行运算处理并最终转存入存储单元q中；

(六)使用者根据实际具体需要，设定所模拟圆形放大镜的半径r，以步骤(五)中存储单元q内所存储图像的中心点为圆心、以r为半径划定区域，将该区域内的数据复制到原始图像对应的位置，并相应通过显示器8进行显示。在本步骤中，可以根据需要将所划定圆形区域中各像素位置的灰度值，界定为某一适合的数值，例如界定灰度值为128。这样，通过上述六个步骤，即可实现将经增强和/或放大处理后的图像，采用模拟物理圆形放大镜的方式进行显示，其图像的显示效果更直观、更清晰。

另外，本发明所用的控制系统7同时与X线机10相接，在采用五个参数调节装置6对图像信号进行调节处理时，根据具体需要，相应对X线机10所产生X线的的相关参数进行相应调节；而X线机10上的相应参数改变之后，同时将其改变结果发送至控制系统7，以便最终获得更满意的图像效果。

总之，本发明通过软硬件相结合的方式，先通过摄像机1实时摄取X线机10影像增强器输出的图像信号，再通过以太网9将其图像信号直接以数字量传输到图像采集、处理及显示装置3。之后，先通过键盘4和参数调节装置6直接对图像信号各参数进行选定并调节，同时结合软件通过控制系统7对图像进行必要的增强和/或放大处理，使用、操作简便，能够有效提高医用图像的显示效果，实用性非常强。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种医用图像处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(a)确定所显示原始图像的几何中心点M：将摄像机(1)实时所摄取的图像信号，通过图像信号传输装置传至图像采集、处理及显示装置(3)进行处理并显示；所述图像采集、处理及显示装置(3)包括控制系统(7)、由控制系统(7)进行控制的显示器(8)，以及与控制系统(7)相连的图像采集装置(11)，由控制系统(7)确定显示器(8)所显示图像的几何中心点M；

(b)由控制系统(7)取得所述原始图像各像素位置的数据x_(i，j)，其中i表示行，j表示列；

(c)使用者通过肉眼判断，是否需要对所述原始图像进行增强处理：当显示器(8)所显示的原始图像中存在看不清楚的较暗区域时，即存在与背景的灰度等级比较接近的图像区域时，则需要对该区域进行增强处理；否则，不需要进行增强处理；

(d)增强处理：

1)由控制系统(7)分析并划定显示器(8)所显示图像的背景灰度等级范围[q₁，q₂]；

2)通过控制系统(7)对与背景灰度等级重合的区域，即灰度值m∈[q₁，q₂]的区域，按公式

进行处理，其中m为处理前的灰度值，n为处理后的灰度值，u为灰度等级提升的倍率；

(e)使用者通过肉眼判断，是否需要对所显示的图像进行放大处理：当显示器(8)所显示的图像中存在过小而看不清楚的区域时，则需要进行放大处理；否则，不需要进行放大处理；

(f)放大处理：首先，根据具体实际需要，确定需放大的放大倍率c；之后，由控制系统(7)采用划分单元格的方式，将放大后与放大前的图像均相应划分成若干个单元格，并根据放大后图像的各单元格与放大前图像的各单元格间的位置关系，将放大后图像的所有单元格划分为以下四种情形并相应进行处理：

1)当放大后图像的某单元格完全位于放大前图像的某单元格内时，按公式y_{(i’，j’)}＝x_{(i×z，j×z)}进行处理；

2)当放大后图像的某单元格从横向上，即在同一行上跨越放大前图像的多个单元格时，

按公式y_{(i’，j’)}＝x_{(i×z，j×z)}×[ceil(j×z)-j×z]+x_{(i×z，j×z+1)}×[(j×z+z)-ceil(j×z)]进行处理；

3)当放大后图像的某单元格从纵向上，即在同一列上跨越放大前图像的多个单元格时，

按公式y_{(i’，j’)}＝x_{(i×z，j×z)}×[ceil(i×z)-i×z]+x_{(i×z+1，j×z)}×[(i×z+z)-ceil(i×z)]进行处理；

4)当放大后图像的某单元格从横向和纵向上，即在行和列上均跨越放大前图像的多个单元格时，按公式

y_{(i’，j’)}＝x_{(i×z，j×z)}×[ceil(j×z)-j×z][ceil(i×z)-i×z]+x_{(i×z，j×z+1)}×[(j×z+z)-ceil(j×z)]×[ceil

            (i×z)-i×z]+x_{(i×z+1，j×z)}×[ceil(j×z)-j×z]×[i×z+z)-ceil(i×z)]+x_{(i×z+1，j×z+1)}×[(j×z

            +z)-ceil(j×z)]×[(i×z+z)-ceil(i×z)]进行处理；

其中x_(i，j)为放大前图像各像素位置的数据，y_{(i’，j’)}为放大后图像各像素位置的数据，z＝1.0/c；

(g)通过显示器(8)对经步骤(d)或经步骤(f)处理后的图像进行显示。

2.按照权利要求1所述的一种医用图像处理方法，其特征在于：步骤(g)所述的进行显示时，采用模拟圆形放大镜的方式进行显示，且其在控制系统(7)上进行运行，具体包括以下步骤：

(一)将步骤(f)中经放大处理后所得的数据y_{(i’，j’)}，存入存储单元q中；

(二)以步骤(a)确定的中心点M为中心，将步骤(一)中的数据再存入存储单元q₁中；

(三)以存储单元q₁中所存储图像的中心点为圆心，作出该图像的内切圆，并将该内切圆中的数据设定为0，之后再存入存储单元q₁；

(四)以存储单元q中所存储图像的中心点为圆心，作出该图像的内切圆，并将该内切圆外的数据设定为0，之后再存入存储单元q；

(五)结合经步骤(三)和步骤(四)处理后的存储单元q₁和q中所存储的数据，对其进行运算处理并最终转存入存储单元q中；

(六)根据实际具体需要，设定所模拟圆形放大镜的半径r，以步骤

(五)中存储单元q内所存储图像的中心点为圆心、以r为半径划定区域，将该区域内的数据复制到原始图像对应的位置，并相应进行显示。

3.按照权利要求1或2所述的一种医用图像处理方法，其特征在于：步骤(d)中所显示图像的灰度等级为256级，所述[q₁，q₂]＝[100，125]。

4.按照权利要求1或2所述的一种医用图像处理方法，其特征在于：步骤(a)中所述摄像机(1)所摄取的信号为X线机(10)的影像增强器输出的图像信号，所述摄像机(1)为百万像素摄像机，摄像机(1)上设置有以太网接口(2)，摄像机(1)通过以太网(9)直接与图像采集、处理及显示装置(3)相连。

5.按照权利要求4所述的一种医用图像处理方法，其特征在于：所述图像采集、处理及显示装置(3)还包括与控制系统(7)相连的键盘(4)、资料存储单元(5)和多个参数调节装置(6)；所述控制系统(7)同时与X线机(10)相接，图像采集装置(11)通过以太网(9)与摄像机(1)相接。

6.按照权利要求4所述的一种医用图像处理方法，其特征在于：所述所述参数调节装置(6)为增益调节装置、锐化调节装置、增亮调节装置、窗宽调节装置和窗位调节装置。

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