CN103400363A - X射线影像拼接方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线影像拼接方法，包括如下步骤：采集X射线影像序列，其中各X射线影像具有相同规格，且每一X射线影像都与其相邻X射线影像具有重叠区域；提取各X射线影像的大致重叠区域，所述大致重叠区域包含该X射线影像与其相邻X射线影像的重叠区域；对各X射线影像的大致重叠区域进行边缘提取，得到各X射线影像的大致重叠区域的边缘图像；根据各相邻两X射线影像的大致重叠区域的边缘图像，计算各相邻两X射线影像间的相对平移量；根据各相邻两X射线影像间的相对平移量，将所述影像序列中的各X射线影像进行拼接。本发明只需通过机械控制影像传感设备采集到有一定重叠区域的X射线影像序列，就可拼接成一幅大视野的全景X射线影像。

Description

X射线影像拼接方法及系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种X射线影像拼接方法及系统。

背景技术

在判定骨骼是否畸形，及骨骼矫正手术时，最好能有大尺寸、大视野范围的骨骼X射线影像，但目前由于X射线成像系统物理上的限制，主要包括：探测器的面积限制、X射线球管与探测器距离的限制，致使很难获取到完整人体的X射线影像。要获取到大视野范围的X射线影像，常用的方法是通过拍摄影像序列，对影像序列进行拼接、融合，最终生成一幅大视野范围的影像。另外由于多次拍摄，不同体位设定剂量不同，骨骼有深度信息的差异导致射线角的不同，心脏、大小肠等人体器官的自主运动都使X射线影像拼接难度加大。

X射线影像拼接技术目前主要有硬件方式和软件方式，硬件方式主要有：一种是用多个探测器拼成一个大的探测器，人体和探测器相对不动，只有球管进行平移，把每个探测器采集到的影像直接进行拼接即可；另一种是一个球管配一个探测器，球管与探测器同步移动，人体旁边加一些如钢尺一类的特征做标记，然后对带有特征标记的影像序列进行匹配、拼接。软件方式主要有：SIFT特征检测匹配方法，边缘检测匹配方法。硬件方式会增加系统的成本，采集到的影像有增加了与诊断无关的信息，在临床中对医生诊断是一种干扰，软件目前已有的方法，特征检测的过少，匹配的错误率高，误差也大。

发明内容

为本发明所要解决的技术问题是，提供一种X射线影像拼接方法及拼接系统，实现在不增加硬件成本及诊断信息的基础上对X射线影像序列进行更准确的拼接。

本发明提供的X射线影像拼接方法，包括如下步骤：

影像序列采集：采集X射线影像序列；其中各X射线影像具有相同规格，且每一X射线影像都与其相邻X射线影像具有重叠区域；

影像重叠区域提取：提取各X射线影像的大致重叠区域，所述大致重叠区域包含该X射线影像与其相邻X射线影像的重叠区域；

重叠区域边缘提取：对各X射线影像的大致重叠区域进行边缘提取，得到各X射线影像的大致重叠区域的边缘图像；

相对平移量计算：根据各相邻两X射线影像的大致重叠区域的边缘图像，计算各相邻两X射线影像间的相对平移量；

影像序列拼接：根据各相邻两X射线影像间的相对平移量，将所述影像序列中的各X射线影像进行拼接。

进一步地，所述影像序列拼接包括如下步骤：

在所述X射线影像序列中选择一个X射线影像作为基准影像；

根据各相邻两X射线影像间的相对平移量计算各X射线影像相对于所述基准影像的相对平移量；

根据各X射线影像相对于所述基准影像的相对平移量将所述X射线影像序列中的各X射线影像进行拼接。

进一步地，所述影像拼接方法还包括如下步骤：

影像序列融合：对拼接后的影像的各重叠区域进行融合处理。

进一步地，所述影像序列融合包括如下步骤：

根据各重叠区域上各点到该点所在的相邻两X射线影像的处于该重叠区域的两个边界的距离确定该点分别在该点所在的相邻两X射线影像上的加权系数；

根据各重叠区域上各点在该点所在的相邻两X射线影像上的加权系数对各重叠区域进行融合。

进一步地，所述影像重叠区域提取步骤之前还包括X射线影像序列预处理，所述预处理步骤如下：

对所述X射线影像序列中各X射线影像进行模糊处理；

将模糊处理后的各X射线影像缩小。

进一步地，所述重叠区域边缘提取包括如下步骤：

采用边缘检测算法对各X射线影像的大致重叠区域进行水平边缘及垂直边缘检测；

对检测出的水平边缘及垂直边缘进行合并，生成各X射线影像的大致重叠区域的边缘图像；

对各边缘图像的边界一定范围内的边缘进行清零；

对各边缘图像的短小边缘进行去除。

进一步地，所述相对平移量计算包括如下步骤：

对相邻两X射线影像的大致重叠区域的边缘图像分别进行傅立叶变换及中心平移，获得两频谱图；

对该两频谱图做相位相关后进行傅立叶反变换，得到反变换频谱，该反变换频谱的峰值即为该相邻两X射线影像的重叠区域的相对平移量；

根据该相邻两X射线影像的重叠区域的相对平移量确定所述相邻两X射线影像的相对平移量。

本发明提供的X射线影像拼接系统，包括：

影像采集模块，用于采集X射线影像序列；其中各X射线影像具有相同规格，且每一X射线影像都与其相邻X射线影像具有重叠区域；

影像提取模块，用于提取各X射线影像的大致重叠区域，所述大致重叠区域包含该X射线影像与其相邻X射线影像的重叠区域；

边缘提取模块，用于对各X射线影像的大致重叠区域进行边缘提取，得到各X射线影像的大致重叠区域的边缘图像；

相对平移量计算模块，根据各相邻两X射线影像的大致重叠区域的边缘图像，计算各相邻两X射线影像间的相对平移量；

影像拼接模块，用于根据各相邻两X射线影像间的相对平移量，将所述影像序列中的各X射线影像进行拼接。

进一步地，所述影像拼接系统还包括：

影像融合模块，用于对拼接后的影像的各重叠区域进行融合处理。

进一步地，所述影像融合模块包括：

加权系数计算模块，用于根据各重叠区域上各点到该点所在的相邻两X射线影像的处于该重叠区域的两个边界的距离确定该点分别在该点所在的相邻两X射线影像上的加权系数；

融合模块，根据各重叠区域上各点在该点所在的相邻两X射线影像上的加权系数对各重叠区域进行融合。

与现有技术相比，本发明通过采集到具有一定重叠区域的X射线影像序列，并对相邻的两影像的重叠区域进行自动分析，估计出影像序列中各影像间相对平移量，再根据各相邻两X射线影像间的相对平移量对各X射线影像进行拼接、融合，得到拼接后的X射线全景影像。采用本发明，只需通过机械控制影像传感设备采集到有一定重叠区域的X射线影像序列，就可以拼接成一幅大视野的全景X射线影像。

附图说明

图1：本发明提供的X射线影像拼接流程示意图；

图2：本发明提供的X射线影像序列采集流程图；

图3：本发明提供的X射线影像序列预处理流程图；

图4：本发明提供的X射线影像重叠区域边缘提取流程图；

图5：本发明提供的X射线影像相对平移量计算流程图；

图6：本发明提供的X射线影像拼接流程图；

图7：本发明提供的X射线影像序列融合流程图；

图8：本发明提供的X射线影像序列融合时加权示意图；

图9：本发明提供的X射线影像拼接系统组成示意图；

图10：本发明提供的影像融合模块组成示意图；

图11a至图11d：用于进行拼接的X射线影像序列；

图12：采用本发明对该X射线影像序列进行拼接后的效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

根据图1所示，本发明提供的X射线影像拼接方法，包括如下步骤：

S1：影像序列采集：采集X射线影像序列；其中各X射线影像具有相同规格，且每一X射线影像都与其相邻X射线影像具有重叠区域；

S2:影像序列预处理：

对X射线影像序列中各X射线影像进行模糊处理；

将模糊处理后的各X射线影像缩小；

S3:影像重叠区域提取：提取各X射线影像的大致重叠区域，所述大致重叠区域包含该X射线影像与其相邻X射线影像的重叠区域；

S4：重叠区域边缘提取：对各X射线影像的大致重叠区域进行边缘提取，得到各X射线影像的大致重叠区域的边缘图像；

S5:相对平移量计算：根据各相邻两X射线影像的大致重叠区域的边缘图像，计算各相邻两X射线影像间的相对平移量；

S6：影像序列拼接：根据各相邻两X射线影像间的相对平移量，将所述影像序列中的各X射线影像进行拼接。

S7:影像序列融合：对拼接后的影像的各重叠区域进行融合处理。

下面就步骤S1至S7进行详尽描述：

如图2所示，步骤S1包含如下步骤：

S11：设定重叠区域占X射线影像的百分比；

S12:根据该百分比，通过在与X射线影像传感设备的拍摄方向垂直的面上平移该X射线影像传感设备的方式对目标进行X射线影像序列采集。

重叠区域占X射线影像的百分比一般设定为百分之三十左右，重叠区域占X射线影像的百分比会影响到拼接准确性及拼接后的视野范围。如果重叠区域占X射线影像的百分比过大，会导致拼接后的视野范围过小，而重叠区域占X射线影像的百分比过小又会导致拼接准确性过低。综合分析，当重叠区域占X射线影像百分之三十左右时，既能够保证拼接的准确性，又能够在拼接后获得较大的视野范围。当重叠区域占所述X射线影像的百分比确定之后，根据X射线影像传感设备的规格，在拍摄下一幅X射线影像的时候，通过平移适当的距离就能够获得与上一幅X射线影像具有设定百分比的重叠区域的X射线影像。

如图3所示，步骤S2包括如下步骤：

S21：对X射线影像序列中各X射线影像进行模糊处理；

S22：将模糊处理后的各X射线影像缩小。

步骤S2是为了减少运算量、更好地检测出边缘、去除干扰信息而设置的。

具体可采用高斯模糊的方式对X射线影像进行模糊处理，通过模糊处理可以减少X射线影像的噪点，去除干扰信息。为了减小运算量，进一步对模糊处理后的X射线影像进行缩小。一般而言，X射线影像的像素规格大概有2000*2000、3000*3000、4000*4000等。经过缩小处理后，X射线影像的像素规格可缩小到大约256*256，大大降低了运算量。

步骤S3：经过步骤S2后，根据重叠区域所占X射线影像的百分比提取各X射线影像的大致重叠区域，各大致重叠区域包含该X射线影像与其相邻X射线影像的重叠区域。

如图4所示，步骤S4包括如下步骤：

S41：采用边缘检测算法对各X射线影像的大致重叠区域进行水平边缘及垂直边缘检测；

S42：对检测出的水平边缘及垂直边缘进行合并，生成各X射线影像的大致重叠区域的边缘图像；

S43：对各边缘图像的边界一定范围内的边缘进行清零；

S44：对各边缘图像的短小边缘进行去除。

具体地，边缘检测算法可采用robert、sobel、prewitt、canny等。对检测出的水平边缘及垂直边缘进行合并就形成了边缘图像。为了进一步去除不必要的干扰信息，减少运算量，还可以进一步对生成的边缘图像的四个边界的一定范围内的边缘进行清零，并对边缘图像中的短小边缘进行去除，只保留主要边缘。

如图5所示，步骤S5包括如下步骤：

S51：对相邻两X射线影像的大致重叠区域的边缘图像分别进行傅立叶变换及中心平移，获得两频谱图；

S52：对两频谱图做相位相关后进行傅立叶反变换，得到反变换频谱，该反变换频谱的峰值即为该相邻两X射线影像的重叠区域的相对平移量；

S53：根据该相邻两X射线影像的重叠区域的相对平移量确定所述相邻两X射线影像的相对平移量。

步骤S51及S52是图像处理中的常规处理方式，不再详述。在步骤S53中，相邻两X射线影像的重叠区域的相对平移量就是缩小处理后的相邻两X射线影像的相对平移量，再根据预处理步骤中X射线影像的缩放比例就确定了该相邻两X射线影像的相对平移量。

如图6所示，步骤S6包括如下步骤：

S61：在所述X射线影像序列中选择一个X射线影像作为基准影像；

S62：根据各相邻两X射线影像间的相对平移量计算各X射线影像相对于所述基准影像的相对平移量；

S63：根据各X射线影像相对于所述基准影像的相对平移量将所述X射线影像序列中的各X射线影像进行拼接。

一般选择X射线影像序列中的第一幅或最后一幅作为基准影像，当然也可以选择其他任何一幅。选择基准影像后，跟据该基准影像与其相邻X射线影像间的相对平移量以及各相邻两X射线影像间的相对平移量就能够获得该基准影像与该X射线影像序列中所有其他X射线影像间的相对平移量，确定了各X射线影像与基准影像的相对平移量后，根据该基准影像的尺寸及各X射线影像与该基准影像间的相对平移量就可确定全景影像的尺寸，全景影像的尺寸确定后，将各X射线影像放入该全景影像模板的相应位置就完成了该X射线影像序列中各X射线影像的拼接。

如图7所示，步骤S7包括：

S71：根据各重叠区域上各点到该点所在的相邻两X射线影像的处于该重叠区域的两个边界的距离确定该点分别在该点所在的相邻两X射线影像上的加权系数；

S72：根据各重叠区域上各点在该点所在的相邻两X射线影像上的加权系数对各重叠区域进行融合。

为了使拼接区域过度平滑、自然，对拼接后的图像的拼接区域进行融合。具体地，可为重叠区域中的各个点分别赋予其在相邻两X射线影像上的加权系数，然后根据该加权系数对各点进行融合。如图8所示，对于重叠区域上的任意一点O，假设它到图像I1边界（I1在重叠区域上的边界）的距离，分别为d1h、d1v，到I2边界（I2在重叠区域上的边界）上的的距离分别为d2h、d2v，则点O在I1上的加权系数为p1=min(d1h,d1v)/(min(d1h,d1v)+min(d2h,d2v))，在I2上的加权系数p2=1-p1。

如图9所示，本发明还提供了一种X射线影像拼接系统，包括：

影像采集模块1，用于采集X射线影像序列；其中各X射线影像具有相同规格，且每一X射线影像都与其相邻X射线影像具有重叠区域；

影像提取模块2,用于提取各X射线影像的大致重叠区域，所述大致重叠区域包含该X射线影像与其相邻X射线影像的重叠区域；

边缘提取模块3,用于对各X射线影像的大致重叠区域进行边缘提取，得到各X射线影像的大致重叠区域的边缘图像；

相对平移量计算模块4，用于根据各相邻两X射线影像的大致重叠区域的边缘图像，计算各相邻两X射线影像间的相对平移量；

影像拼接模块5,用于根据各相邻两X射线影像间的相对平移量，将所述影像序列中的各X射线影像进行拼接;

影像融合模块6，用于对拼接后的影像的各重叠区域进行融合处理。

进一步地，如图10所示，影像融合模块6包括：

加权系数计算模块61，用于根据各重叠区域上各点到该点所在的相邻两X射线影像的处于该重叠区域的两个边界的距离确定该点分别在该点所在的相邻两X射线影像上的加权系数；

融合模块62，根据各重叠区域上各点在该点所在的相邻两X射线影像上的加权系数对各重叠区域进行融合。

上述各模块的具体工作过程参照上述X射线影像拼接方法中的相应步骤。

图11a至图11d是一组用于拼接的X射线影像序列，图12是采用本发明对该X射线影像序列进行拼接后的效果图。对比拼接前后的影像可以看出，拼接后的影像在拼接区域过渡平滑、自然，没有产生干扰影像和变形，良好地实现了X射线影像序列的拼接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种X射线影像拼接方法，其特征在于，包括如下步骤：

影像序列采集：采集X射线影像序列；其中各X射线影像具有相同规格，且每一X射线影像都与其相邻X射线影像具有重叠区域；

影像重叠区域提取：提取各X射线影像的大致重叠区域，所述大致重叠区域包含该X射线影像与其相邻X射线影像的重叠区域；

重叠区域边缘提取：对各X射线影像的大致重叠区域进行边缘提取，得到各X射线影像的大致重叠区域的边缘图像；

相对平移量计算：根据各相邻两X射线影像的大致重叠区域的边缘图像，计算各相邻两X射线影像间的相对平移量；

影像序列拼接：根据各相邻两X射线影像间的相对平移量，将所述影像序列中的各X射线影像进行拼接。

2.如权利要求1所述的X射线影像拼接方法，其特征在于，所述影像序列拼接包括如下步骤：

在所述X射线影像序列中选择一个X射线影像作为基准影像；

根据各相邻两X射线影像间的相对平移量计算各X射线影像相对于所述基准影像的相对平移量；

根据各X射线影像相对于所述基准影像的相对平移量将所述X射线影像序列中的各X射线影像进行拼接。

3.如权利要求1所述的X射线影像拼接方法，其特征在于，还包括如下步骤：

影像序列融合：对拼接后的影像的各重叠区域进行融合处理。

4.如权利要求3所述的X射线影像拼接方法，其特征在于，所述影像序列融合包括如下步骤：

根据各重叠区域上各点到该点所在的相邻两X射线影像的处于该重叠区域的两个边界的距离确定该点分别在该点所在的相邻两X射线影像上的加权系数；

根据各重叠区域上各点在该点所在的相邻两X射线影像上的加权系数对各重叠区域进行融合。

5.如权利要求1所述的X射线影像拼接方法，其特征在于，所述影像重叠区域提取步骤之前还包括X射线影像序列预处理，所述预处理步骤如下：

对所述X射线影像序列中各X射线影像进行模糊处理；

将模糊处理后的各X射线影像缩小。

6.如权利要求1所述的X射线影像拼接方法，其特征在于，所述重叠区域边缘提取包括如下步骤：

采用边缘检测算法对各X射线影像的大致重叠区域进行水平边缘及垂直边缘检测；

对检测出的水平边缘及垂直边缘进行合并，生成各X射线影像的大致重叠区域的边缘图像；

对各边缘图像的边界一定范围内的边缘进行清零；

对各边缘图像的短小边缘进行去除。

7.如权利要求1所述的X射线影像拼接方法，其特征在于，所述相对平移量计算包括如下步骤：

对相邻两X射线影像的大致重叠区域的边缘图像分别进行傅立叶变换及中心平移，获得两频谱图；

对该两频谱图做相位相关后进行傅立叶反变换，得到反变换频谱，该反变换频谱的峰值即为该相邻两X射线影像的重叠区域的相对平移量；

根据该相邻两X射线影像的重叠区域的相对平移量确定所述相邻两X射线影像的相对平移量。

8.一种X射线影像拼接系统，其特征在于，包括：

影像采集模块，用于采集X射线影像序列；其中各X射线影像具有相同规格，且每一X射线影像都与其相邻X射线影像具有重叠区域；

影像提取模块，用于提取各X射线影像的大致重叠区域，所述大致重叠区域包含该X射线影像与其相邻X射线影像的重叠区域；

边缘提取模块，用于对各X射线影像的大致重叠区域进行边缘提取，得到各X射线影像的大致重叠区域的边缘图像；

相对平移量计算模块，根据各相邻两X射线影像的大致重叠区域的边缘图像，计算各相邻两X射线影像间的相对平移量；

影像拼接模块，用于根据各相邻两X射线影像间的相对平移量，将所述影像序列中的各X射线影像进行拼接。

9.如权利要求8所述的X射线影像拼接系统，其特征在于，还包括：

影像融合模块，用于对拼接后的影像的各重叠区域进行融合处理。

10.如权利要求9所述的X射线影像拼接系统，其特征在于，所述影像融合模块包括：

加权系数计算模块，用于根据各重叠区域上各点到该点所在的相邻两X射线影像的处于该重叠区域的两个边界的距离确定该点分别在该点所在的相邻两X射线影像上的加权系数；

融合模块，根据各重叠区域上各点在该点所在的相邻两X射线影像上的加权系数对各重叠区域进行融合。

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