CN107274350A - 用于减少x射线图像中的振铃效应的方法及系统 - Google Patents
用于减少x射线图像中的振铃效应的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了用于减少X射线图像中的振铃效应的方法,其包括:通过扫描物体获取X射线图像,其中,X射线图像包括栅线伪影;对X射线图像分别施加第一带宽滤波器和第二带宽滤波器,从而获得过滤后的第一图像和过滤后的第二图像,其中,第一带宽滤波器和第二带宽滤波器具有不同的带宽;根据X射线图像来构建权重图;以及使用权重图来对过滤后的第一图像和过滤后的第二图像进行融合,从而获得输出图像。本发明还公开了使用上述方法的系统。
Description
技术领域
本发明大体涉及图像处理技术,尤其涉及一种用于减少X射线图像中的振铃效应的方法及系统。
背景技术
在现有的X射线图像系统中,从X射线源发射的X射线能够穿透物体而被成像,并且,X射线的初级线束能够射到数字图像探测器上,从而形成数字放射显影成像中的投影图像。然而,当初级线束穿过物体时会产生散射的线束,这些散射的线束可能会减少图像对比度,并且,劣化图像质量。为了去除这些不期望的散射的线束,通常会在X射线源与图像探测器之间使用防散射栅格阵列。现有的防散射栅格阵列是由交替的条纹构成,这些条纹由例如铝或碳的X射线透射材料及例如铅的X射线吸收材料制成。防散射栅格阵列会优先地透射X射线的初级线束并吸收散射的线束。然而,由于X射线吸收材料的栅格图案,防散射栅格阵列会在图像探测器上投掷阴影,并且因此会在X射线图像中形成可见伪影,通常被称为栅线伪影。为了减少栅线伪影,通常可以使用带阻滤波器。频率域的这种过滤实际上是对空间域的X射线图像进行卷积的过程。然而,在使用带阻滤波器进行过滤来减少栅线伪影的同时,由于X射线图像上的非对称强度分布,因此,在卷积的过程中,带阻滤波器会引起振铃效应。
因此,有必要在栅线伪影减少的过程中进一步地减少X射线图像中的振铃效应的生成,从而来提高图像质量。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种用于减少X射线图像中的振铃效应的方法。所述方法包括:通过扫描物体获取X射线图像,其中,所述X射线图像包括栅线伪影;对所述X射线图像分别施加第一带宽滤波器和第二带宽滤波器,从而获得过滤后的第一图像和过滤后的第二图像,其中,所述第一带宽滤波器和所述第二带宽滤波器具有不同的带宽;根据所述X射线图像来构建权重图;以及使用所述权重图来对所述过滤后的第一图像和所述过滤后的第二图像进行融合,从而获得输出图像。
本发明的另一个方面在于提供一种用于减少X射线图像中的振铃效应的系统。所述系统包括图像获取装置及处理器。所述图像获取装置用于对物体进行扫描以获取X射线图像,所述X射线图像包括栅线伪影。所述处理器包括第一带宽滤波器、第二带宽滤波器、权重图构建模块及图像融合模块。所述第一带宽滤波器用于对所述X射线图像进行过滤,从而获得过滤后的第一图像。所述第二带宽滤波器用于对所述X射线图像进行过滤,从而获得过滤后的第二图像,其中,所述第一带宽滤波器和所述第二带宽滤波器具有不同的带宽。所述权重图构建模块用于根据所述X射线图像来构建权重图。所述图像融合模块用于使用所述权重图来对所述过滤后的第一图像和所述过滤后的第二图像进行融合,从而获得输出图像。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时,本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解,在附图中,相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件,其中:
图1是根据本发明的一个具体实施方式的用于减少X射线图像中的振铃效应的示意性系统的示意图;
图2是在图1的计算机的处理器中执行的模块的一个具体实施方式的示意性框图;
图3示出在空间域的包括栅线伪影的X射线图像;
图4示出图3的在频率域的X射线图像;
图5示出图4的部分一维X射线图像;
图6示出本发明的在频率域的具有较小带宽的第一带宽滤波器的示意图;
图7示出本发明的在频率域的具有较大带宽的第二带宽滤波器的示意图;
图8示出在频率域的使用具有较小带宽的第一带宽滤波器过滤后的第一图像;
图9示出图8的在空间域的过滤后的第一图像;
图10示出在频率域的使用具有较大带宽的第二带宽滤波器过滤后的第二图像;
图11示出图10的在空间域的过滤后的第二图像;
图12示出图3的X射线图像中的放大后的感兴趣区域;
图13示出图9的过滤后的第一图像中的放大后的对应感兴趣区域;
图14示出图11的过滤后的第二图像中的放大后的对应感兴趣区域;
图15示出带有识别出的强边的区域的图像;
图16示出图15的扩张后的强边的区域的图像;
图17示出输出图像及其放大后的对应感兴趣区域;
图18是根据本发明的一个具体实施方式的用于减少X射线图像中的振铃效应的示意性方法的流程图;
图19示出如何构建图18中的权重图的步骤;以及
图20示出如何识别图19中的强边的步骤。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题,下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中,本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。
除非另作定义,本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制,而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件,并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。
图1示出根据本发明的一个具体实施方式的用于减少X射线图像中的振铃效应的示意性系统100的示意图。如图1所示,该示意性系统100可以包括图像获取装置1以及具有处理器20的计算机2。图像获取装置1可以对物体200,例如患者的头部进行扫描以获取X射线图像Ii。在一个具体实施方式中,图像获取装置1可以包括X射线源10和探测器阵列12。从X射线源10发射出的X射线穿过物体200入射到探测器阵列12上,从而产生X射线图像Ii。X射线图像Ii中具有栅线伪影。例如,这些栅线伪影可能是由于设置在物体200与探测器阵列12之间的防散射栅格阵列14所引起。图3示出在空间域的包括栅线伪影的X射线图像Ii。处理器20可以对X射线图像Ii进行处理以减少在栅线伪影减少的过程中所引起的振铃效应,从而产生输出图像Io。系统100还可以包括显示器9。输出图像Io可以显示在显示器9上以供操作者观察。
图2示出在处理器20中执行的模块的一个具体实施方式的示意性框图。应当理解的是,以下所提到的在处理器20中的执行模块可能是虚拟模块,这些执行模块在真实的系统100中未必是真实存在的。如图2所示,处理器20可以包括第一带宽滤波器31、第二带宽滤波器32、权重图构建模块4以及图像融合模块5。
第一带宽滤波器31和第二带宽滤波器32分别具有不同的带宽。例如,第一带宽滤波器31可以具有较小的带宽,而第二带宽滤波器32可以具有较大的带宽。第一带宽滤波器31可以对X射线图像Ii进行过滤,从而获得过滤后的第一图像I1。第二带宽滤波器32可以对X射线图像Ii进行过滤,从而获得过滤后的第二图像I2。
权重图构建模块4可以根据X射线图像Ii来构建权重图。图像融合模块5可以使用权重图来对过滤后的第一图像I1和过滤后的第二图像I2进行融合,从而获得输出图像Io。
系统100分别通过使用较小带宽的第一带宽滤波器31和较大带宽的第二带宽滤波器32来对X射线图像Ii进行过滤,并根据构建出的权重图来对较小带宽的第一带宽滤波器31过滤后的第一图像I1和较大带宽的第二带宽滤波器32过滤后的第二图像I2进行适当的融合,从而使得输出图像Io在去除栅线伪影的同时能够进一步减少振铃效应,并且,能够使得输出图像Io保留更多的细节,因此,输出图像Io具有较高的图像质量。
处理器20还可以包括傅立叶变换模块61和逆傅立叶变换模块62、63。第一带宽滤波器31可以连接在傅立叶变换模块61与逆傅立叶变换模块62之间,而第二带宽滤波器32可以连接在傅立叶变换模块61与逆傅立叶变换模块63之间。傅立叶变换模块61可以接收来自图像获取装置1的X射线图像Ii,并且,执行傅立叶变换以将来自空间域的X射线图像Ii转换成频率域的X射线图像Ii_f。图4示出了在频率域的X射线图像Ii_f,图5示出了图4的部分一维X射线图像。
第一带宽滤波器31和第二带宽滤波器32例如可以为高斯带阻滤波器。如图4和图5所示,可以从频率域的X射线图像Ii_f中找到栅线伪影的频率峰值,然后,根据找到的栅线伪影的频率峰值和分布来确定第一带宽滤波器31和第二带宽滤波器32的带宽。例如,可以根据栅线伪影的频率峰值通过使用半峰宽(FWHM,Full Width at Half Maximum)来确定第一带宽滤波器31和第二带宽滤波器32的带宽。作为一个示例,对于其频率为70lp/cm(线对/厘米)的栅线伪影以及对于100μm(微米)的图像像素大小,则混叠之后的栅线伪影的中心频率(即从频率域的X射线图像Ii_f中找到的栅线伪影的频率峰值)大约为31lp/cm,然后,根据混叠之后的栅线伪影的中心频率31lp/cm,可以确定第一带宽滤波器31和第二带宽滤波器32的增益大约为0.99,第一带宽滤波器31的带宽大约为0.5,第二带宽滤波器32的带宽大约为1.0。在确定出第一带宽滤波器31和第二带宽滤波器32的增益以及带宽之后,可以根据如下公式来设计第一带宽滤波器31和第二带宽滤波器32。
在上述公式(1)和(2)中,H1代表第一带宽滤波器31,H2代表第二带宽滤波器32,Gain代表第一带宽滤波器31和第二带宽滤波器32的增益,D1代表第一带宽滤波器31的带宽,D2代表第二带宽滤波器32的带宽,D代表频率域的X射线图像Ii_f中的各个像素点分别到混叠之后的栅线伪影的中心频率点之间的距离。
图6和图7分别示出了在频率域的具有较小带宽的第一带宽滤波器31和具有较大带宽的第二带宽滤波器32。返回参照图2所示,第一带宽滤波器31可以对如图4所示的频率域的X射线图像Ii_f进行过滤,从而获得在频率域的过滤后的第一图像I1_f,如图8所示。第二带宽滤波器32可以对如图4所示的频率域的X射线图像Ii_f进行过滤,从而获得在频率域的过滤后的第二图像I2_f,如图10所示。
逆傅立叶变换模块62可以执行逆傅立叶变换以将如图8所示的在频率域的过滤后的第一图像I1_f转换回空间域的过滤后的第一图像I1,如图9所示。逆傅立叶变换模块63可以执行逆傅立叶变换以将如图10所示的在频率域的过滤后的第二图像I2_f转换回空间域的过滤后的第二图像I2,如图11所示。
参照图12至图14所示,在图12中示出了X射线图像Ii中的放大后的感兴趣区域(ROI,Region Of Interest),从图12所示的原始的X射线图像Ii中能够清晰地观察到栅线伪影;图13示出了图9的在空间域的过滤后的第一图像I1的放大后的对应感兴趣区域,图13所示的在使用具有较小带宽的第一带宽滤波器31进行过滤之后的第一图像I1能够保留更多的细节,但是却能够观察到振铃效应,如图13中的箭头所示;图14示出了图11的在空间域的过滤后的第二图像I2的放大后的对应感兴趣区域,图14所示的在使用具有较大带宽的第二带宽滤波器32进行过滤之后的第二图像I2能够消除振铃效应,但是却丢失了更多的细节。
图17示出了在对图9所示的过滤后的第一图像I1和图11所示的过滤后的第二图像I2进行融合之后得到的输出图像Io及其放大后的对应感兴趣区域。从图17中能够看出,融合之后得到的输出图像Io不仅减少了振铃效应,而且,保留了更多的细节,因此,输出图像Io具有较高的图像质量。
继续参照图2所示,处理器20还可以包括强边识别模块7。强边识别模块7可以在如图3所示的X射线图像Ii中识别强边,例如人体的头骨边界。图15示出了带有识别出的强边的区域的图像。强边识别模块7可以计算X射线图像Ii中的各个区域的梯度,选择高梯度区域,并且,将选择出的高梯度区域识别为强边。作为一个示例,强边识别模块7可以将计算出的各个区域的梯度与预定的梯度阈值(例如可以为600)进行比较,并且,选择出其梯度高于该预定的梯度阈值的区域作为高梯度区域。
在本发明的一个具体实施方式中,在强边由强边识别模块7识别出之后,权重图构建模块4可以根据识别出的强边来构建权重图。
由于振铃效应区域通常会比强边区域大,因此,如图2所示,为了能够覆盖整个的潜在振铃效应区域,处理器20还可以包括扩张模块8。扩张模块8可以对识别出的强边的区域进行扩张,图16示出了扩张后的强边的区域的图像。在这种情况下,权重图构建模块4可以根据图16所示的扩张后的强边的区域来构建权重图。
图像融合模块5可以使用权重图根据如下的公式来对过滤后的第一图像I1和过滤后的第二图像I2进行融合,从而获得输出图像Io,如图17所示。
Io=I1×w1+I2×w2=I1×w+I2×(1-w) (3)
在上述的公式(3)中,w1代表过滤后的第一图像I1的权重值,w2代表过滤后的第二图像I2的权重值,w代表权重图中的权重值。
在图像融合模块5对过滤后的第一图像I1和过滤后的第二图像I2进行图像融合的过程中,对于X射线图像Ii中的高梯度区域,则图像融合模块5可以使得过滤后的第二图像I2的权重值w2大于过滤后的第一图像I1的权重值w1;而对于X射线图像Ii中的其他区域,则图像融合模块5可以使得过滤后的第一图像I1的权重值w1大于过滤后的第二图像I2的权重值w2,从而,使得输出图像Io在消除振铃效应的同时能够保留更多的细节,提高了输出图像Io的质量。
本发明还提供了一种用于减少X射线图像中的振铃效应的方法。图18示出根据本发明的一个具体实施方式的用于减少X射线图像中的振铃效应的示意性方法的流程图。
在图18的步骤B181中,可以通过扫描物体200来获取例如人体的头部的X射线图像Ii,该X射线图像II中包括栅线伪影,如图3所示。
在步骤B182中,可以分别使用具有较小带宽的第一带宽滤波器31(如图6所示)和具有较大带宽的第二带宽滤波器32(如图7所示)来对图3所示的X射线图像Ii进行过滤,从而获得过滤后的第一图像I1(如图8和图9所示)和过滤后的第二图像I2(如图10和图11所示)。
在本发明的一种实现方式中,可以先执行傅立叶变换以将图3所示的空间域的X射线图像Ii转换成如图4所示的频率域的X射线图像Ii_f,然后,分别使用具有较小带宽的第一带宽滤波器31和具有较大带宽的第二带宽滤波器32对图4所示的频率域的X射线图像Ii_f进行过滤,从而获得频率域的过滤后的第一图像I1_f(如图8所示)和频率域的过滤后的第二图像I2_f(如图10所示),最后,再执行逆傅立叶变换以将图8所示的频率域的过滤后的第一图像I1_f和图10所示的频率域的过滤后的第二图像I2_f分别转换回空间域,从而分别获得如图9所示的在空间域的过滤后的第一图像I1和如图11所示的在空间域的过滤后的第二图像I2。其中,第一带宽滤波器31和第二带宽滤波器32的带宽可以根据从图4和图5所示的频率域的X射线图像Ii_f中找到的栅线伪影的频率峰值和分布来确定。
在步骤B183中,根据图3所示的X射线图像Ii来构建权重图。
以下将结合图19详细描述如何构建图18的步骤B183中的权重图。
如图19所示,在步骤B191中,在如图3所示的X射线图像Ii中识别强边,图15示出带有识别出的强边的区域。
进一步地,以下将结合图20详细描述如何识别图19的步骤B191中的强边。如图20所示,在步骤B201中,计算X射线图像Ii中的各个区域的梯度。在步骤B202中,将计算出的各个区域的梯度与预定的梯度阈值(例如600)进行比较。在步骤B203中,选择其梯度高于预定的梯度阈值的区域作为高梯度区域,并且,将选择出的高梯度区域识别为强边。
返回参照图19,在步骤B192中,根据图15所示的识别出的强边来构建权重图。
由于振铃效应区域通常会比强边区域大,因此,在一个可选的具体实施方式中,构建权重图的步骤在步骤B191之后还可以包括可选的步骤B193,从而来覆盖潜在的整个振铃效应区域。在可选的步骤B193中,可以对图15所示的识别出的强边的区域进行扩张,图16示出扩张之后的强边的区域。
在包括对识别出的强边的区域进行扩张的步骤B193的情况下,在步骤B192中的权重图可以根据图16所示的扩张后的强边的区域来构建。
返回参照图18,在步骤B184中,使用在步骤B183中构建出的权重图来对图9所示的过滤后的第一图像I1和图11所示的过滤后的第二图像I2进行融合,从而获得如图17所示的融合后的输出图像Io。
在图像融合的过程中,对于X射线图像Ii中的高梯度区域,则过滤后的第二图像I2比过滤后的第一图像I1具有较大的权重值;而对于X射线图像Ii中的其他区域,则过滤后的第一图像I1比过滤后的第二图像I2具有较大的权重值。
本发明的方法通过分别使用较小带宽的第一带宽滤波器31和较大带宽的第二带宽滤波器32来对X射线图像Ii进行过滤,并根据X射线图像Ii构建出的权重图来对较小带宽的第一带宽滤波器31过滤后的第一图像I1和较大带宽的第二带宽滤波器32过滤后的第二图像I2进行适当的融合,从而能够使得输出图像Io在去除栅线伪影的同时能够进一步减少振铃效应,并且,能够使得输出图像Io保留更多的细节,因此,采用本发明的方法能够提高输出图像Io的质量。
尽管根据本发明的具体实施方式的用于减少X射线图像中的振铃效应的的方法的动作被示出为功能块,但是,在图18至图20所示的各个功能块的顺序和各个功能块之间的动作的分离并不意图是限制性的。例如,可以以不同的顺序来执行各个功能块,并且,与一个功能块相关联的动作可以与一个或者多个其它功能块相结合或者可以被细分成多个功能块。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明,但本领域的技术人员可以理解,对本发明可以作出许多修改和变型。因此,要认识到,权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。
Claims (16)
1.一种用于减少X射线图像中的振铃效应的方法,其包括:
通过扫描物体获取X射线图像,其中,所述X射线图像包括栅线伪影;
对所述X射线图像分别施加第一带宽滤波器和第二带宽滤波器,从而获得过滤后的第一图像和过滤后的第二图像,其中,所述第一带宽滤波器和所述第二带宽滤波器具有不同的带宽;
根据所述X射线图像来构建权重图;及
使用所述权重图来对所述过滤后的第一图像和所述过滤后的第二图像进行融合,从而获得输出图像。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,对所述X射线图像分别施加所述第一带宽滤波器和所述第二带宽滤波器包括:
执行傅立叶变换以将空间域的所述X射线图像转换成频率域;
对所述频率域的X射线图像分别施加所述第一带宽滤波器和所述第二带宽滤波器,从而获得所述频率域的过滤后的第一图像和过滤后的第二图像;及
执行逆傅立叶变换以将所述频率域的所述过滤后的第一图像和所述过滤后的第二图像转换回所述空间域。
3.根据权利要求2所述的方法,其还包括:
从所述频率域的X射线图像中找到所述栅线伪影的频率峰值;及
根据所述栅线伪影的所述频率峰值及分布来确定所述第一带宽滤波器和所述第二带宽滤波器的带宽。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,根据所述X射线图像来构建所述权重图包括:
在所述X射线图像中识别强边;及
根据所述识别出的强边来构建所述权重图。
5.根据权利要求4所述的方法,其还包括:
对所述识别出的强边的区域进行扩张,从而来覆盖整个振铃效应区域,
其中,根据所述识别出的强边来构建所述权重图包括:根据所述强边的所述扩张后的区域来构建所述权重图。
6.根据权利要求4所述的方法,其中,识别所述强边包括:
计算所述X射线图像中的各个区域的梯度;及
选择高梯度区域作为强边。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,选择所述高梯度区域作为强边包括:
将所述计算出的各个区域的梯度与预定的梯度阈值进行比较;及
选择其梯度高于所述预定的梯度阈值的区域作为所述高梯度区域。
8.根据权利要求6所述的方法,其中,所述第一带宽滤波器具有较小的带宽,所述第二带宽滤波器具有较大的带宽,其中,使用所述权重图来对所述过滤后的第一图像和所述过滤后的第二图像进行融合包括:
在所述图像融合的过程中,对于所述X射线图像的所述高梯度区域,则所述过滤后的第二图像比所述过滤后的第一图像具有较大的权重值;及
对于所述X射线图像的其他区域,则所述过滤后的第一图像比所述过滤后的第二图像具有较大的权重值。
9.一种用于减少X射线图像中的振铃效应的系统,其包括:
图像获取装置,其用于对物体进行扫描以获取X射线图像,所述X射线图像包括栅线伪影;及
处理器,其包括:
第一带宽滤波器,其用于对所述X射线图像进行过滤,从而获得过滤后的第一图像;
第二带宽滤波器,其用于对所述X射线图像进行过滤,从而获得过滤后的第二图像,其中,所述第一带宽滤波器和所述第二带宽滤波器具有不同的带宽;
权重图构建模块,其用于根据所述X射线图像来构建权重图;及
图像融合模块,其用于使用所述权重图来对所述过滤后的第一图像和所述过滤后的第二图像进行融合,从而获得输出图像。
10.根据权利要求9所述的系统,其中,所述处理器还包括傅立叶变换模块和逆傅立叶变换模块,其中
所述傅立叶变换模块用于执行傅立叶变换以将空间域的所述X射线图像转换成频率域;
所述第一带宽滤波器和所述第二带宽滤波器分别用于对所述频率域的X射线图像进行过滤,从而获得所述频率域的过滤后的第一图像和过滤后的第二图像;及
所述逆傅立叶变换模块用于执行逆傅立叶变换以将所述频率域的所述过滤后的第一图像和所述过滤后的第二图像转换回所述空间域。
11.根据权利要求10所述的系统,其中,根据从所述频率域的X射线图像中找到的所述栅线伪影的频率峰值及分布来确定所述第一带宽滤波器和所述第二带宽滤波器的带宽。
12.根据权利要求9所述的系统,其中,所述处理器还包括:
强边识别模块,其用于在所述X射线图像中识别强边,
其中,所述权重图构建模块用于根据所述识别出的强边来构建所述权重图。
13.根据权利要求12所述的系统,其还包括:
扩张模块,其用于对所述识别出的强边的区域进行扩张,从而来覆盖整个振铃效应区域,
其中,所述权重图构建模块用于根据所述强边的所述扩张后的区域来构建所述权重图。
14.根据权利要求12所述的系统,其中,所述强边识别模块用于:
计算所述X射线图像中的各个区域的梯度;及
选择高梯度区域作为强边。
15.根据权利要求14所述的系统,其中,所述强边识别模块用于:
将所述计算出的各个区域的梯度与预定的梯度阈值进行比较;及
选择其梯度高于所述预定的梯度阈值的区域作为所述高梯度区域。
16.根据权利要求14所述的系统,其中,所述第一带宽滤波器具有较小的带宽,所述第二带宽滤波器具有较大的带宽,其中,在所述图像融合模块进行图像融合的过程中,对于所述X射线图像的所述高梯度区域,则所述图像融合模块用于使得所述过滤后的第二图像比所述过滤后的第一图像具有较大的权重值;而对于所述X射线图像的其他区域,则所述图像融合模块用于使得所述过滤后的第一图像比所述过滤后的第二图像具有较大的权重值。
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