CN105761218B - 光学相干层析成像的图像伪彩色处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种光学相干层析成像(OCT)图像伪彩色处理的方法，首先使用多级阈值将灰度图像转换为索引图像，然后确定多级阈值中对应图像散斑噪声的级次，再创建特定的颜色表，并使用创建的颜色表来显示索引图像并减小图像中散斑噪声的影响，从而实现对灰度OCT图像的伪彩色处理。本发明的优点是可以对高噪声、低对比度的OCT图像进行快速、良好的伪彩色处理，伪彩色处理结果有效地削弱了散斑噪声的影响，增强了图像的对比度，改善了显示效果。
Description
技术领域
本发明涉及光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)，尤其涉及一种光学相干层析成像的图像伪彩色处理方法。
背景技术
光学相干层析成像(Optical coherence tomography,简称为OCT)是一种非侵入的高分辨率生物医学光学成像技术，可在体检测生物组织内部的微结构，已广泛地应用于眼科视网膜成像领域。眼科OCT的原始图像仅是表征视网膜结构的灰度图像，而临床诊断需要观察更清晰的图像，对OCT视网膜图像进行伪彩色处理可以获得更清晰的视网膜图像，有效地提高临床诊断的效率与准确性。
现有一种基于灰度彩色索引的视网膜伪彩色处理的方法。2007年，Yan Xue-tao等人提出了灰度彩色索引的方法来进行视网膜伪彩色处理(参见在先技术[1]，Y.Xue-Tao,Y.Jun,and Y.Libo,"Image of OCT system denoising and 3D reconstructingmethod,"Proceedings of the SPIE-The International Society for OpticalEngineering,vol.6623,pp.66231T-1-66231T-66231T-7,262007)，该方法进行伪彩色处理时，在削弱散斑噪声、增强图像对比度方面达不到理想的效果。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上在先技术的不足，提供一种光学相干层析成像的图像伪彩色处理方法，首先使用多级阈值将灰度图像转换为索引图像，然后确定多级阈值中对应图像散斑噪声的级次，再创建特定的颜色表，并使用创建的颜色表来显示索引图像并减小图像中散斑噪声的影响，从而实现对灰度OCT图像的伪彩色处理。可以对高噪声、低对比度的OCT图像进行快速、良好的伪彩色处理，伪彩色处理结果有效地削弱了散斑噪声的影响，增强了图像的对比度，改善了显示效果。
本发明的技术解决方案如下：
一种光学相干层析成像的图像伪彩色处理方法，其特点在于该方法的步骤具体如下：
①利用光学相干层析成像系统获得原始的B-scan图像I。
②使用N级阈值(N在6至20之间选取)将原始的B-scan图像I转换为索引图像J，具体是：
首先将灰度区间Y＝[0,255]均分成N(N在6至20之间选取)个子灰度区间：Y1＝[0,256/N-1)，Y2＝[256/N-1,2*256/N-1)，……，Yn＝[(n-1)*256/N-1,n*256/N-1)，……，YN＝[255-256/N,255]；建立一个空的索引图像J，该索引图像J的大小与原始的B-scan图像I大小相同；
然后依次扫描原始的B-scan图像I中的所有像素I(i，j)(i，j分别为像素的行坐标和列坐标)，若像素I(i，j)的灰度落在子灰度区间Yn＝[(n-1)*256/N-1,n*256/N-1)中，则将索引图像J中对应的元素J(i，j)置为n-1。
③确定N级阈值中对应图像散斑噪声的级次m的范围：0＜m≤N1(N1在N/10到N/5之间选取，N1取整数)。
④根据步骤②中N级阈值创建无蓝色分量颜色表M1和有蓝色分量颜色表M2，并将颜色表中对应图像散斑噪声的级次置零：
矩阵M中第m行M(m)＝[Am，Bm，Cm]为红色分量R＝Am、绿色分量G＝Bm、蓝色分量B＝Cm的颜色索引，其中，矩阵M为无蓝色分量颜色表M1或蓝色分量颜色表M2，且均为N*3的矩阵；
首先创建无蓝色分量颜色表M1：当0＜m≤N1(N1在N/10到N/5之间选取，N1取整数)，即级次范围对应图像散斑噪声时，令M1(m)＝[0，0，0]；当N1＜m≤N2(N2＝N1+(N-N1)/3)时，令M1(m)＝[0，x1，0]；当N2＜m≤N3(N3＝N2+(N-N1)/3)时，令M1(m)＝[x1，1，0]；当N3＜m≤N时，令M1(m)＝[1，x2，0]；其中x1在m所在范围内随m从0到1等距递增(在m所在范围的左右端点分别取0和1，等距递增每次增加的值根据m能取的个数决定)，x2在m所在范围内随m从1到0等距递减(在m所在范围的左右端点分别取1和0，等距递减每次减小的值根据m能取的个数决定)；
然后创建有蓝色分量颜色表M2：当0＜m≤N1(N1在N/10到N/5之间选取，N1取整数)，即级次范围对应图像散斑噪声时，令M2(m)＝[0，0，0]；当N1＜m≤N2(N2＝N1+(N-N1)/3)时，令M2(m)＝[0，x1，1]；当N2＜m≤N3(N3＝N2+(N-N1)/3)时，令M2(m)＝[x1，1，x2]；当N3＜m≤N时，令M2(m)＝[1，x2，0]；其中x1在m所在范围内随m从0到1等距递增(在m所在范围的左右端点分别取0和1，等距递增每次增加的值根据m能取的个数决定)，x2在m所在范围内随m从1到0等距递减(在m所在范围的左右端点分别取1和0，等距递减每次减小的值根据m能取的个数决定)。
⑤分别使用步骤④中创建的无蓝色分量颜色表M1和有蓝色分量颜色表M2来显示索引图像J并消除图像J中的散斑噪声，，从而实现对灰度OCT图像的两种伪彩色处理：
用无蓝色分量颜色表M1来显示索引图像J：依次扫描索引图像J中的所有元素J(i，j)，若J(i，j)＝m，则使用M1中第m+1行的颜色索引M1(m+1)＝[Am+1，Bm+1，Cm+1]来对元素J(i，j)染色，得到无蓝色分量的伪彩色图像；
用有蓝色分量颜色表M2来显示索引图像J：依次扫描索引图像J中的所有元素J(i，j)，若J(i，j)＝m，则使用M2中第m+1行的颜色索引M2(m+1)＝[Am+1，Bm+1，Cm+1]来对元素J(i，j)染色.，得到有蓝色分量的伪彩色图像。
实施上述方法的是频域光学相干层析成像系统，包括低相干光源，光源输出的光经过隔离器被耦合进迈克尔逊干涉仪中，迈克尔逊干涉仪将入射光分为两路，分别入射到参考臂和样品臂中。参考臂光纤中的光束经光纤准直器准直后照射在参考镜上。样品臂光纤输出的光经光纤准直器准直后经过二维振镜被聚焦在待测样品内。迈克尔逊干涉仪的输出端连接一光谱仪，光谱仪采集到的干涉光谱通过图像采集卡输入计算机中。
所述的低相干光源为宽光谱带宽光源，如超辐射发光二极管(SLD)或飞秒激光器或超连续谱光源等。
所述的隔离器是偏振无关的宽带隔离器。
所述的迈克尔逊干涉仪其特征在于具有两个接近等光程的干涉光路分别做参考臂和样品臂。该干涉仪可以是体光学系统，如由分光棱镜分光构成参考臂和样品臂两路；也可以是光纤光学系统，如由2×2光纤耦合器的两个输出光纤光路分别作为参考臂和样品臂。
所述的光谱仪由准直透镜，分光光栅，聚焦透镜和光电探测器列阵组成。
所述的光电探测器阵列是CCD或CMOS阵列或其他具有光电信号转换功能的探测器阵列。
该系统的工作情况如下：
低相干光源发出的光经过隔离器后被耦合到迈克尔逊干涉仪中，迈克尔逊干涉仪将入射光分为参考光路和样品光路，参考光路中的光经过准直后照射到参考平面镜上，样品光路中的光准直后经过二维振镜被聚焦透镜聚焦在待测样品内，参考镜的反射光及样品内部不同深度的背向散射光被重新收集回参考臂与样品臂中，在迈克尔逊干涉仪中汇合后被送入光谱仪中，光谱仪将记录的干涉光谱信号通过图像采集卡送入计算机进行数据处理，得到待测样品沿深度方向的层析图。通过二维振镜沿光轴垂直方向做横向扫描获得样品上不同位置的层析图，得到待测样品的二维或三维层析图。
本发明与现有技术相比有益的效果是：
与在先技术[1]相比，本发明可以对高噪声、低对比度的OCT图像进行快速、良好的伪彩色处理，伪彩色处理结果有效地削弱了散斑噪声的影响，增强了图像的对比度，改善了显示效果。
附图说明
图1是光纤型频域光学相干层析成像系统结构示意图。
图2是实施例样品光学相干层析成像系统得到的原始视网膜图像。
图3是本发明的伪彩色处理方法流程图。
图4是采用本发明的伪彩色处理方法对实施例样品进行无蓝色分量染色获得的结果。
图5是采用本发明的伪彩色处理方法对实施例样品进行有蓝色分量染色获得的结果。
图6是采用本发明的伪彩色处理方法(但不处理散斑噪声)对实施例样品进行无蓝色分量染色获得的结果。
图7是采用本发明的伪彩色处理方法(但不处理散斑噪声)对实施例样品进行有蓝色分量染色获得的结果。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1，图1为光纤型频域光学相干层析成像系统结构示意图。其中包括低相干光源1，在低相干光源的输出光束方向放置隔离器2，隔离器的输出端与耦合器3的一端口31相连，该耦合器3将光分为参考臂光路4和样品臂光路5，耦合器3的33端口输出光经过参考臂的准直透镜41后照射到参考平面镜42上，耦合器3的34端口输出光经过样品臂的准直透镜51后依次经过二维扫描振镜52、聚焦透镜53和待测样品54。耦合器3的32输出端连接光谱仪6，该光谱仪包括准直透镜61、衍射光栅62、聚焦透镜63和探测器64组成，光谱仪6通过图像采集卡7与计算机8连接。
低相干光源1发出的宽光谱光经过隔离器2后从端口31进入到耦合器3中并分为两路光束，一束经端口33进入到参考臂光路4，并经过准直透镜41入射到参考平面镜42表面；另一束经端口34进入到样品臂5，并经过准直透镜51、二维扫描振镜52后，被聚焦透镜53聚焦在待测样品54内的不同位置。从参考平面镜42反射回来的光和从待测样品54内部不同深度处背向散射回来的光被重新收集回耦合器3并发生干涉，该干涉光经端口32进入到光谱仪6，经准直透镜61将光束准直后，被衍射光栅62分光后，由聚焦透镜63成像在探测器64上，探测器64将光信号转换为电信号后，经图像采集卡7数模转换后送人计算机8，该频域干涉信号经过窗口迭代色散补偿方法81进行色散补偿后，得到被测样品54沿深度方向上的层析图。通过二维扫描振镜52对待测样品54沿光轴垂直方向做横向扫描获得被测样品54的二维或三维层析图，并显示于计算机8的显示器82上。
图2为图1所述光学相干层析成像系统得到的原始视网膜图像。
图3是伪彩色处理方法流程图。它包含下列步骤：
(1)首先利用光学相干层析成像系统对人眼视网膜进行扫描，获得原始的视网膜B-scan图像I。
(2)使用N级阈值将原始的B-scan图像I转换为索引图像J，本实施例中N取16：
首先将灰度区间Y＝[0,255]均分成16个子灰度区间：Y1＝[0,15)，Y2＝[15,31)，……，Yn＝[(n-1)*16-1,n*16-1)，……，Y16＝[239,255]；建立一个空的索引图像J，索引图像J的大小与原始的B-scan图像I大小相同。
然后依次扫描灰度视网膜B-scan图像I中的所有像素I(i，j)(i，j分别为像素的行坐标和列坐标)，当像素I(i，j)的灰度落在子灰度区间Yn＝[(n-1)*16-1,n*16-1)中，则将索引图像J中对应的元素J(i，j)置为n-1。
(3)确定N级阈值中对应图像散斑噪声的级次m的范围：0＜m≤N1(N1在N/10到N/5之间选取，N1取整数，本实施例选取N1＝3)；
(4)根据本实施例中所选的多级阈值级数16，创建特定的无蓝色分量颜色表M1和有蓝色分量颜色表M2，并将颜色表中对应图像散斑噪声的级次置零：
本实施例中多级阈值为16级，则M1和M2均为16*3的矩阵。矩阵M(M为M1或M2)中第m行M(m)＝[Am，Bm，Cm]为红色分量R＝Am、绿色分量G＝Bm、蓝色分量B＝Cm的颜色索引。
首先创建无蓝色分量颜色表M1，本实施例中
M1＝[0，0，0；
0，0，0；
0，0，0；
0，0.2，0；
0，0.4，0；
0，0.6，0；
0，0.8，0；
0.2，1，0；
0.4，1，0；
0.6，1，0；
0.8，1，0；
1，1，0；
1，0.8，0；
1，0.6，0；
1，0.4，0；
1，0.2，0；]；
然后创建有蓝色分量颜色表M2，本实施例中
M2＝[0，0，0；
0，0，0；
0，0，0；
0，0.2，1；
0，0.4，1；
0，0.6，1；
0，0.8，1；
0.2，1，0.8；
0.4，1，0.6；
0.6，1，0.4；
0.8，1，0.2；
1，1，0；
1，0.8，0；
1，0.6，0；
1，0.4，0；
1，0.2，0；]。
(5)分别使用步骤(4)中创建的无蓝色分量颜色表M1和有蓝色分量颜色表M2来显示索引图像J并消除图像J中的散斑噪声，从而实现对灰度OCT视网膜图像的两种伪彩色处理：
用无蓝色分量颜色表M1来显示索引图像J：依次扫描索引图像J中的所有元素J(i，j)，若J(i，j)＝m，则使用M1中第m+1行的颜色索引M1(m+1)＝[Am+1，Bm+1，Cm+1]来对元素J(i，j)染色，得到无蓝色分量的伪彩色图像；
用有蓝色分量颜色表M2来显示索引图像J：依次扫描索引图像J中的所有元素J(i，j)，若J(i，j)＝m，则使用M2中第m+1行的颜色索引M2(m+1)＝[Am+1，Bm+1，Cm+1]来对元素J(i，j)染色.，得到有蓝色分量的伪彩色图像。
图4是采用本发明的伪彩色处理方法对实施例样品进行无蓝色分量染色获得的结果，图5是采用本发明的伪彩色处理方法对实施例样品进行有蓝色分量染色获得的结果，图6是采用本发明的伪彩色处理方法(但不处理散斑噪声)对实施例样品进行无蓝色分量染色获得的结果，图7是采用本发明的伪彩色处理方法(但不处理散斑噪声)对实施例样品进行有蓝色分量染色获得的结果。对比图2、图4、图5、图6、图7可以发现，经过本发明的伪彩色处理后，对实施例样品的两种伪彩色处理明显地增强了图像的对比度，改善了显示效果，同时本发明中对散斑噪声的处理有效地削弱了图像中散斑噪声的影响。
本发明应用于光学相干层析成像系统的伪彩色处理，首先使用多级阈值将灰度图像转换为索引图像，然后确定多级阈值中对应图像散斑噪声的级次，再创建特定的颜色表，并使用创建的颜色表来显示索引图像并减小图像中散斑噪声的影响，从而实现对灰度OCT图像的伪彩色处理。本发明的优点是可以对高噪声、低对比度的OCT图像进行快速、良好的伪彩色处理，伪彩色处理结果有效地削弱了散斑噪声的影响，增强了图像的对比度，改善了显示效果。
Claims (4)
1.一种光学相干层析成像的图像伪彩色处理方法，其特征在于该方法包括步骤如下：
①利用光学相干层析成像系统获得原始的B-scan图像I；
②使用N级阈值将原始的B-scan图像I转换为索引图像J，其中，N在6至20之间选取，N取整数；
③确定N级阈值中对应图像散斑噪声的级次m的范围：0＜m≤N1，N1在N/10到N/5之间选取，N1取整数；
④根据步骤②中使用的阈值级数N创建无蓝色分量颜色表M1和有蓝色分量颜色表M2，并将颜色表中对应图像散斑噪声的级次置零；
⑤分别利用步骤④中创建的无蓝色分量颜色表M1和有蓝色分量颜色表M2来显示索引图像J并消除图像J中的散斑噪声，实现对灰度OCT图像的两种伪彩色处理。
2.根据权利要求1所述的光学相干层析成像的图像伪彩色处理的方法，其特征在于所述的步骤②使用N级阈值将原始的B-scan图像I转换为索引图像J的具体步骤是：
首先将灰度区间Y＝[0,255]均分成N个子灰度区间：Y1＝[0,256/N-1)，Y2＝[256/N-1,2*256/N-1)，……，Yn＝[(n-1)*256/N-1,n*256/N-1)，……，YN＝[255-256/N,255]，并建立一个空的索引图像J，索引图像J的大小与原始的B-scan图像I大小相同；
然后依次扫描原始的B-scan图像I中的所有像素I(i，j)，i，j分别为像素的行坐标和列坐标，当像素I(i，j)的灰度落在子灰度区间Yn＝[(n-1)*256/N-1,n*256/N-1)时，则将索引图像J中对应的元素J(i，j)置为n-1。
3.根据权利要求1所述的光学相干层析成像的图像伪彩色处理的方法，其特征在于所述的步骤④创建无蓝色分量颜色表M1和有蓝色分量颜色表M2，并将颜色表中对应图像散斑噪声的级次置零的方法是：
矩阵M中第m行M(m)＝[Am，Bm，Cm]为红色分量R＝Am、绿色分量G＝Bm、蓝色分量B＝Cm的颜色索引，其中，矩阵M为无蓝色分量颜色表M1或蓝色分量颜色表M2，且均为N*3的矩阵；
首先创建无蓝色分量颜色表M1：当0＜m≤N1，即级次范围对应图像散斑噪声时，令M1(m)＝[0，0，0]；当N1＜m≤N2，N2＝N1+(N-N1)/3时，令M1(m)＝[0，x1，0]；当N2＜m≤N3，N3＝N2+(N-N1)/3时，令M1(m)＝[x1，1，0]；当N3＜m≤N时，令M1(m)＝[1，x2，0]；其中x1在m所在范围内随m从0到1等距递增，在m所在范围的左右端点分别取0和1，等距递增每次增加的值根据m能取的个数决定，x2在m所在范围内随m从1到0等距递减，在m所在范围的左右端点分别取1和0，等距递减每次减小的值根据m能取的个数决定；
然后创建有蓝色分量颜色表M2：当0＜m≤N1，即级次范围对应图像散斑噪声时，令M2(m)＝[0，0，0]；当N1＜m≤N2，N2＝N1+(N-N1)/3时，令M2(m)＝[0，x1，1]；当N2＜m≤N3，N3＝N2+(N-N1)/3时，令M2(m)＝[x1，1，x2]；当N3＜m≤N时，令M2(m)＝[1，x2，0]；其中x1在m所在范围内随m从0到1等距递增，在m所在范围的左右端点分别取0和1，等距递增每次增加的值根据m能取的个数决定，x2在m所在范围内随m从1到0等距递减，在m所在范围的左右端点分别取1和0，等距递减每次减小的值根据m能取的个数决定。
4.根据权利要求1所述的光学相干层析成像的图像伪彩色处理的方法，其特征在于所述的步骤⑤用创建的无蓝色分量颜色表M1和有蓝色分量颜色表M2来显示索引图像J并消除图像J中的散斑噪声的方法是：
用无蓝色分量颜色表M1来显示索引图像J：依次扫描索引图像J中的所有元素J(i，j)，当J(i，j)＝m，则使用M1中第m+1行的颜色索引M1(m+1)＝[Am+1，Bm+1，Cm+1]来对元素J(i，j)染色，得到无蓝色分量的伪彩色图像；
用有蓝色分量颜色表M2来显示索引图像J：依次扫描索引图像J中的所有元素J(i，j)，当J(i，j)＝m，则使用M2中第m+1行的颜色索引M2(m+1)＝[Am+1，Bm+1，Cm+1]来对元素J(i，j)染色，得到有蓝色分量的伪彩色图像。
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