CN104166974B - Ct定位片图像增强方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CT定位片图像增强方法及装置，包括：对CT扫描生成的原始图像进行滤波并采样部分像素点生成低频图像；原图与所述低频图像组成高斯金字塔；高斯金字塔中每层图像减去所述该层的下层图像经过扩展后的图像的差图，与高斯金字塔最底层图像组成第一拉普拉斯金字塔；并且对其每层图像增强对比度，并通过加权算法得到图像构成第二拉普拉斯金字塔；从其最底层开始，所述该层图像与其上层图像合并作为新的上层图像，如此迭代得到最终的增强图像。本发明的CT定位片图像增强方法可以对图像的所有细节区域都增强且不容易产生伪影，提高成像质量；并且可以在定位片图像的刷新过程中同步对图像进行实时增强，提高用户体验。

Description

CT定位片图像增强方法及装置

【技术领域】

本发明涉及计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)技术领域，尤其涉及一种CT定位片图像增强方法及装置。

【背景技术】

在CT临床扫描中，会先进行一个定位片扫描，CT定位片图像的作用一般是用来确定具体需要扫描的位置、角度、层厚，计算机即可按定位片的标记进行扫描，而且CT定位片在诊断中还可以用来提供类似X射线平片的信息，可以弥补断层扫描图像的不足，所以CT定位片的图像质量对于CT扫描和CT的临床诊断来说都非常的重要。

然而，直接由计算机重建出来的定位片图像非常模糊，尤其是在骨骼信息等图像的细节部分，几乎无法分辨出细节边缘，导致图像质量达不到扫描和临床诊断的要求。需要对CT的定位片进行细节增强，使得医生能够从CT定位片上清晰观察到骨骼等细节信息。

现有的一种CT定位片图像增强方法是基于局部邻域操作(localneighborhood operations)技术，这种技术比较典型的算法是自适应直方图均衡化和反锐化掩模法。自适应直方图均衡化旨在拉伸图像平滑的区域的对比度；反锐化掩模则是增强图像的高频成分，滤波核的大小决定了增强的频率范围，比较理想的滤波核大小应该和感兴趣细节区域的大小相匹配，而图像的细节可能在不同的大小尺度上，也就是说，有些细节区域得不到增强。另外，对于陡变信号的邻域，这些增强方法可能会产生新的伪影，这些伪影将会对病灶的诊断产生消极影响。

因此，需要提出一种新的CT定位片图像增强方法，在进行定位片扫描的同时，对CT定位片图像的细节部分进行实时增强，提高CT定位片的图像质量。

【发明内容】

本发明解决的是现有的CT定位片图像增强方法不能对图像的所有细节区域都进行增强以及容易产生伪影的问题。

为了解决上述问题，本发明提出了一种CT定位片图像增强方法，包括以下步骤：

1)进行CT扫描，生成原始图像，所述原始图像包括若干像素点；

2)对所述原始图像进行二维滤波，采样滤波后的图像中的部分像素点，作为低频图像；

3)生成高斯金字塔，所述高斯金字塔包括N层图像，N为大于或等于2的自然数，所述高斯金字塔的最顶层为第1层，所述高斯金字塔的最底层为第N层，所述高斯金字塔中第1层为所述原始图像，所述高斯金字塔中第k+1层为重复执行所述步骤2)k次获得的低频图像，且1≤k≤N-1；

4)对所述高斯金字塔中除最顶层外的每一层图像分别进行扩展，将所述高斯金字塔中原来的上一层的图像减去所述该层扩展后的图像的差值作为新的上一层的图像，且最底层的图像保持不变，组成一个包括N层图像的第一拉普拉斯金字塔；

5)对所述第一拉普拉斯金字塔中每一层的图像进行像素值映射，对所述经过像素值映射后的不同层的图像进行不同的加权，得到第二拉普拉斯金字塔；

6)从所述第二拉普拉斯金字塔的最底层图像开始，对所述图像进行扩展，将扩展后的图像与其上一层的图像进行求和作为新的上一层的图像，如此迭代最终得到的图像为增强图像。

可选地，所述步骤2)中，采样滤波后的图像中的部分像素点，具体为：分别在图像的行方向和列方向上等间隔采样一半的像素点。

可选地，所述步骤4)或6)中，所述对图像进行扩展具体可通过如下的扩展公式实现：

${I^{\′}}_{k+1}(i,j)=4\underset{m}{\mathrm{\Σ}}\underset{n}{\mathrm{\Σ}}w(m,n)I_{k+1}(\frac{i-m}{2},\frac{j-n}{2})$

其中，i为行方向的位置，j为列方向的位置，k为所述高斯金字塔的层数序号，I为扩展前的图像，I′为扩展后的图像，w为二维滤波算子，m为行方向上的索引，n为列方向上的索引。

可选地，所述步骤4)中，所述将高斯金字塔中原来的上一层的图像减去所述该层扩展后的图像的差值作为新的上一层的图像，具体可通过如下公式实现：

$A_k=I_k-{I^{\′}}_{k+1}$

其中，A为第一拉普拉斯金字塔中的图像，I为高斯金字塔中原来的图像，I’为将所述高斯金字塔的图像经过扩展后的图像，k为层数序号。

可选地，若所述二维滤波算子w的尺寸定为5×5，则所述行和列方向上的索引都为[-2，2]，所述扩展公式为：

${I^{\′}}_{k+1}(i,j)=4{\mathrm{\Σ}}_{m=-2}^2{\mathrm{\Σ}}_{n=-2}^{2}w(m,n)I_{k+1}(\frac{i-m}{2},\frac{j-n}{2})$

可选地，所述步骤5)中，所述对拉普拉斯金字塔中每一层的图像进行像素值映射，具体为：通过S形曲线对所述图像中每一像素点的像素值进行映射。

可选地，所述通过S形曲线对所述图像中每一像素点的像素值进行映射，具体可以通过如下公式实现：

$y\left(x\right)=1.5\frac{x}{\left|x\right|}{\left|x\right|}^{0.8}$

其中，x为映射前的像素值，y为映射后的像素值。

可选地，所述重复执行所述步骤2)具体为：将上一次执行步骤2)获得的低频图像作为新的原始图像，对所述新的原始图像进行二维滤波并采样其中部分像素点，即为该次执行所述步骤2)获得的低频图像。

本发明还提出了一种CT定位片图像增强装置，包括：

原始图像生成单元，用于根据CT扫描生成原始图像；

低频图像生成单元，与所述原始图像生成单元相连，用于对所述原始图像进行二维滤波，采样滤波后的图像中的部分像素点，作为低频图像；

高斯金字塔计算单元，与所述低频图像生成单元相连，用于生成高斯金字塔；

第一拉普拉斯金字塔计算单元，与所述高斯金字塔计算单元相连，用于对所述高斯金字塔中除最顶层外的每一层图像分别进行扩展，将所述高斯金字塔中原来的上一层的图像减去所述扩展后的图像的差值作为新的上一层的图像，且最底层的图像保持不变，组成一个包括N层图像的第一拉普拉斯金字塔；

第二拉普拉斯金字塔计算单元，与所述第一拉普拉斯金字塔计算单元相连，用于对所述第一拉普拉斯金字塔中每一层的图像进行像素值映射，对所述经过像素值映射后的不同层的图像进行不同的加权，得到第二拉普拉斯金字塔；

增强图像获得单元，与所述第二拉普拉斯金字塔计算单元相连，用于从所述第二拉普拉斯金字塔的最底层图像开始，对所述图像进行扩展，将扩展后的图像与其上一层的图像进行求和作为新的上一层的图像，如此迭代最终得到的图像为增强图像。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：

1)本发明的CT定位片图像增强方法，通过对原始图像中像素点的抽样和扩展，将图像分为不同尺度的细节图像(即第一拉普拉斯金字塔中的不同层)，针对每一尺度的细节图像的对比度和边沿信息都进行增强，并对于不同尺度的细节图像选用不同的自适应的权重系数进行加权，从而使得图像中每一尺度的细节区域都能得到增强，提高CT定位片图像的质量；

2)本发明的CT定位片图像增强方法可以在定位片图像的刷新过程中对图像进行同步的实时增强，从而提高了用户体验。

【附图说明】

图1是本发明的CT定位片图像增强方法的流程图；

图2是通过S形曲线对所述图像中的像素值进行映射的示意图；

图3是本发明的CT定位片图像增强装置的示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1是本发明的CT定位片图像增强方法的流程图，本发明的CT定位片图像增强方法的具体过程如下：

执行步骤S01，进行CT扫描，生成原始图像，所述原始图像包括若干像素点。

执行步骤S02，对所述原始图像进行二维滤波，采样滤波后的图像中的部分像素点，作为低频图像。

优选地，分别在图像的行方向和列方向上等间隔采样一半的像素点，即等间隔采样原始图像中四分之一的像素点，作为低频图像。

执行步骤S03，生成高斯金字塔，所述高斯金字塔包括N层图像，N为大于或等于2的自然数，所述高斯金字塔中最顶层为所述原始图像，所述高斯金字塔中第k+1层为执行所述步骤S02k次获得的低频图像。

具体地，将所述金字塔的最顶层定义为第1层，将所述金字塔的最底层定义为第N层；并且，为了获得最终的增强图像，所述高斯金字塔的层数必须大于或等于2。

将原始图像作为所述高斯金字塔的第1层(最顶层)；将由原始图像执行步骤S02一次获得的低频图像作为所述高斯金字塔的第2层；以此类推，一共需要重复N-1次步骤S02，并且每次执行步骤S02时都需要将上一次执行步骤S02获得的低频图像作为该次执行步骤S02时更新的原始图像，最终得到一个包括N层图像的高斯金字塔。

执行步骤S04，对所述高斯金字塔中除最顶层外的每一层图像分别进行扩展，将所述高斯金字塔中原来的上一层的图像减去所述扩展后的图像的差值作为新的上一层的图像，且最底层的图像保持不变，组成一个包括N层图像的第一拉普拉斯金字塔。

具体地，所述对高斯金字塔中每一层的低频图像进行扩展具体可通过如下公式进行扩展：

${I^{\′}}_{k+1}(i,j)=4\underset{m}{\mathrm{\Σ}}\underset{n}{\mathrm{\Σ}}w(m,n)I_{k+1}(\frac{i-m}{2},\frac{j-n}{2})---\left(1\right)$

式中，i为行方向上的位置，j为列方向上的位置，k为所述高斯金字塔的层数序号，I为扩展前的图像，I′为扩展后的图像，w为二维滤波算子，m为行方向上的索引，n为列方向上的索引。

优选地，所述二维滤波算子w的尺寸为5×5，则所述行和列方向上的索引都为[-2，2]，所述公式(1)可以化为：

${I^{\′}}_{k+1}(i,j)=4{\mathrm{\Σ}}_{m=-2}^2{\mathrm{\Σ}}_{n=-2}^{2}w(m,n)I_{k+1}(\frac{i-m}{2},\frac{j-n}{2})---\left(2\right)$

将所述高斯金字塔中原来的上一层的图像减去所述该层扩展后的图像的差值作为新的上一层的图像，且原来的最底层的图像保持不变，构成一个包括N层图像的第一拉普拉斯金字塔，第一拉普拉斯金字塔中每一层的图像可以表示为：

$A_k=I_k-{I^{\′}}_{k+1}---\left(3\right)$

式中，A为第一拉普拉斯金字塔中的图像，I为扩展前的图像，I′为扩展后的图像，k为层数序号，1≤k≤N-1。

执行步骤S05，对所述第一拉普拉斯金字塔中每一层的图像进行像素值映射，对所述经过像素值映射后的不同层的图像进行不同的加权，得到第二拉普拉斯金字塔。

优选地，通过S形曲线对所述图像中每一像素点的像素值进行映射。图2是通过S形曲线对所述图像中的像素值进行映射的示意图，图中，X轴为映射前的值，Y轴为映射后的值，直线L₁为一条参考线，S形曲线L₂的中心穿过直线L₁。应当可以理解，X轴的值通过位于虚线L₁下端的S形曲线L₂的映射后变小，通过位于虚线L₁上端的S形曲线L₂的映射后变大。

也就是说，通过图中的S形曲线的映射，可以使得原来较小的像素值经过映射后变得更小，原来较大的像素值经过映射后变得更大，从而实现所述图像的对比度增强。

具体地，所述通过S形曲线对所述图像中的像素值进行映射可通过如下公式(S形曲线函数)实现：

$y\left(x\right)=1.5\frac{x}{\left|x\right|}{\left|x\right|}^{0.8}---\left(4\right)$

式中，x为映射前的像素值，y为映射后的像素值。

在不同的实施例中，可以通过不同的公式实现对像素值的映射，只要是S形曲线函数即可，本发明对此不作限制。

在经过像素值映射实现图像的对比度增强后，对不同层的图像进行不同的加权。

具体地，对于不同层的图像的像素值乘以不同的加权系数，所述加权系数可以根据一些经验值计算获得。

执行步骤S06，从所述第二拉普拉斯金字塔的最底层(第N层)图像开始，对所述图像进行扩展，将扩展后的图像与其上一层的图像进行求和作为新的上一层的图像，如此迭代最终得到的图像为增强图像。

对所述每一层图像进行扩展同样可以通过公式(1)实现，这里不再敷述。

图3是本发明的CT定位片图像实时增强装置的示意图，本发明的CT定位片图像实时增强装置300包括：

原始图像生成单元301，用于根据CT扫描生成原始图像；

低频图像生成单元302，与所述原始图像生成单元301相连，用于对所述原始图像进行二维滤波，采样滤波后的图像中的部分像素点，作为低频图像；

高斯金字塔计算单元303，与所述低频图像生成单元302相连，用于生成高斯金字塔；

第一拉普拉斯金字塔计算单元304，与所述高斯金字塔计算单元303相连，用于对所述高斯金字塔中除最顶层外的每一层图像分别进行扩展，将所述高斯金字塔中原来的上一层的图像减去所述扩展后的图像的差值作为新的上一层的图像，且最底层的图像保持不变，组成一个包括N层图像的第一拉普拉斯金字塔；

第二拉普拉斯金字塔计算单元305，与所述第一拉普拉斯金字塔计算单元304相连，用于对所述第一拉普拉斯金字塔中每一层的图像进行像素值映射，对所述经过像素值映射后的不同层的图像进行不同的加权，得到第二拉普拉斯金字塔；

增强图像获得单元306，与所述第二拉普拉斯金字塔计算单元305相连，用于从所述第二拉普拉斯金字塔的最底层图像开始，对所述图像进行扩展，将扩展后的图像与其上一层的图像进行求和作为新的上一层的图像，如此迭代最终得到的图像为增强图像。

本发明的CT定位片图像增强方法，通过对原始图像中像素点的抽样和扩展，将图像分为不同尺度的细节图像(即第一拉普拉斯金字塔中的不同层)，针对每一尺度的细节图像的对比度和边沿信息都进行增强，并对于不同尺度的细节图像选用不同的自适应的权重系数进行加权，从而使得图像中每一尺度的细节区域都能得到增强，提高CT定位片图像的质量；并且本发明的CT定位片图像增强方法可以在定位片图像的刷新过程中对图像进行同步的实时增强，从而提高用户体验。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种CT定位片图像增强方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)进行CT扫描，生成原始图像，所述原始图像包括若干像素点；

2)对所述原始图像进行二维滤波，采样滤波后的图像中的部分像素点，作为低频图像；

3)生成高斯金字塔，所述高斯金字塔包括N层图像，N为大于或等于2的自然数，所述高斯金字塔的最顶层为第1层，所述高斯金字塔的最底层为第N层，所述高斯金字塔中第1层为所述原始图像，所述高斯金字塔中第k+1层为重复执行所述步骤2)k次获得的低频图像，1≤k≤N-1；所述重复执行所述步骤2)具体为：将上一次执行步骤2)获得的低频图像作为新的原始图像，对所述新的原始图像进行二维滤波并采样其中的部分像素点，即为该次执行所述步骤2)获得的低频图像；

4)对所述高斯金字塔中除最顶层外的每一层图像分别进行扩展，将所述高斯金字塔中原来的上一层的图像减去所述该层扩展后的图像的差值作为新的上一层的图像，且最底层的图像保持不变，组成一个包括N层图像的第一拉普拉斯金字塔；

5)对所述第一拉普拉斯金字塔中每一层的图像进行像素值映射，对所述经过像素值映射后的不同层的图像进行不同的加权，得到第二拉普拉斯金字塔；

6)从所述第二拉普拉斯金字塔的最底层图像开始，对所述图像进行扩展，将扩展后的图像与其上一层的图像进行求和作为新的上一层的图像，如此迭代最终得到的图像为增强图像。

2.如权利要求1所述的CT定位片图像增强方法，其特征在于，所述步骤2)中，采样滤波后的图像中的部分像素点，具体为：分别在图像的行方向和列方向上等间隔采样一半的像素点。

3.如权利要求1所述的CT定位片图像增强方法，其特征在于，所述步骤4)或6)中，所述对图像进行扩展具体可通过如下的扩展公式实现：

${I^{\′}}_{k+1}(i,j)=4\underset{m}{\mathrm{\Σ}}\underset{n}{\mathrm{\Σ}}w(m,n)I_{k+1}(\frac{i-m}{2},\frac{j-n}{2})$

其中，i为行方向的位置，j为列方向的位置，k为所述高斯金字塔的层数序号，I为扩展前的图像，I'为扩展后的图像，w为二维滤波算子，m为行方向上的索引，n为列方向上的索引。

4.如权利要求1所述的CT定位片图像增强方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述将高斯金字塔中原来的上一层的图像减去所述该层扩展后的图像的差值作为新的上一层的图像，具体可通过如下公式实现：

A_k＝I_k-I'_k+1

其中，A为第一拉普拉斯金字塔中的图像，I为高斯金字塔中原来的图像，I’为将所述高斯金字塔的图像经过扩展后的图像，k为层数序号。

5.如权利要求3所述的CT定位片图像增强方法，其特征在于，若所述二维滤波算子w的尺寸定为5×5，则所述行和列方向上的索引都为[-2,2]，所述扩展公式为：

${I^{\′}}_{k+1}(i,j)=4{\mathrm{\Σ}}_{m=-2}^2{\mathrm{\Σ}}_{n=-2}^{2}w(m,n)I_{k+1}(\frac{i-m}{2},\frac{j-n}{2})$

6.如权利要求1所述的CT定位片图像增强方法，其特征在于，所述步骤5)中，所述对拉普拉斯金字塔中每一层的图像进行像素值映射，具体为：通过S形曲线对所述图像中每一像素点的像素值进行映射。

7.如权利要求6所述的CT定位片图像增强方法，其特征在于，所述通过S形曲线对所述图像中每一像素点的像素值进行映射，具体可以通过如下公式实现：

$y\left(x\right)=1.5\frac{x}{\left|x\right|}{\left|x\right|}^{0.8}$

其中，x为映射前的像素值，y为映射后的像素值。

8.一种CT定位片图像增强装置，其特征在于，包括：

原始图像生成单元，用于根据CT扫描生成原始图像；

低频图像生成单元，与所述原始图像生成单元相连，用于对所述原始图像进行二维滤波，采样滤波后的图像中的部分像素点，作为低频图像；

高斯金字塔计算单元，与所述低频图像生成单元相连，用于生成高斯金字塔；

第一拉普拉斯金字塔计算单元，与所述高斯金字塔计算单元相连，用于对所述高斯金字塔中除最顶层外的每一层图像分别进行扩展，将所述高斯金字塔中原来的上一层的图像减去所述扩展后的图像的差值作为新的上一层的图像，且最底层的图像保持不变，组成一个包括N层图像的第一拉普拉斯金字塔，N为大于或等于2的自然数；

第二拉普拉斯金字塔计算单元，与所述第一拉普拉斯金字塔计算单元相连，用于对所述第一拉普拉斯金字塔中每一层的图像进行像素值映射，对所述经过像素值映射后的不同层的图像进行不同的加权，得到第二拉普拉斯金字塔；

增强图像获得单元，与所述第二拉普拉斯金字塔计算单元相连，用于从所述第二拉普拉斯金字塔的最底层图像开始，对所述图像进行扩展，将扩展后的图像与其上一层的图像进行求和作为新的上一层的图像，如此迭代最终得到的图像为增强图像。