CN108230267A - 一种激光散斑血流成像图像处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光散斑血流成像图像处理方法，包括获取多个激光散斑图像；抽取一个作为模板图像；计算模板图像与激光散斑图像之间的最大相关系数，定位所述最大相关系数位于激光散斑图像的坐标位置，计算激光散斑图像与模板图像之间的位移偏差，校准激光散斑图像；将消除抖动后的各个激光散斑图像进行动静态信号分离，从激光散斑图像中区分出血流图像以及背景图像。本发明是基于规范化互相关消除抖动效应原理，利用模板图像与激光散斑图像的最大相关系数所在的坐标位置，计算激光散斑图像与模板图像的位移偏差，根据该位移偏差实现对激光散斑图像校准操作，达到对激光散斑图像消除抖动的功能。本发明创造用于消除激光散斑图像的抖动成份。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，更具体地说涉及一种应用于激光散斑血流成像技术中的图像处理方法。
背景技术
在对活体小动物(如老鼠)进行脑部激光散斑血流成像过程中，活体小动物时常处于运动状态中。即使活体小动物处于静止状态，但小动物自身的呼吸以及心跳等活动也会引起小动物身体的轻微偏移。在图像采集过程中，这些现象导致图像出现抖动的现象。而现有的激光散斑血流成像的图像处理算法中，都没有针对图像中的抖动成份进行除去，导致激光散斑血流成像过程中所获取的图像质量欠佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种应用于激光散斑血流成像技术中，能够去除抖动成份的图像处理方法。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种激光散斑血流成像图像处理方法，包括以下步骤：
步骤A.获取多个激光散斑图像；
步骤B.从多个激光散斑图像中抽取一个作为模板图像；
步骤C.在模板图像中选取一个区域作为子图像块，计算子图像块与其余的各个激光散斑图像之间的最大相关系数，定位所述最大相关系数位于激光散斑图像的坐标位置，通过所述坐标位置计算激光散斑图像与模板图像之间的位移偏差，校准激光散斑图像；
步骤D.将消除抖动后的各个激光散斑图像进行动静态信号分离，从激光散斑图像中区分出血流图像以及背景图像。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤C包括以下步骤：
步骤C1.从模板图像中选取一区域作为子图像块；
步骤C2.将子图像块待配准激光散斑图像做规范化互相关，利用公式1计算待配准激光散斑图像与子图像块的相关系数，所述公式1如下其中f是待配准激光散斑图像，是子图像块的平均值，是待配准激光散斑图像f(x,y)在子图像块覆盖下的区域；
步骤C3.将求得的最大相关系数在待配准激光散斑图像上的坐标与子图像块的坐标相减，得到待配准激光散斑图像与模板图像之间的位移偏差。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤D包括以下步骤：
步骤D1.将各个激光散斑图像中的所有像素点进行傅里叶变换；
步骤D2.使用高频信号的平均值除以零频信号的平均值，获取各个激光散斑图像中的血流图像。
本发明的有益效果是：本发明是基于规范化互相关消除抖动效应原理，利用模板图像与激光散斑图像的最大相关系数所在的坐标位置，计算激光散斑图像与模板图像的位移偏差，根据该位移偏差实现对激光散斑图像校准操作，达到对激光散斑图像消除抖动的功能。本发明创造用于消除激光散斑图像的抖动成份。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明的图像处理方法流程图；
图2是本发明的激光散斑成像装置。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1，本发明创造公开了一种激光散斑成像图像处理方法，包括以下步骤：
步骤A.获取多个激光散斑图像；
步骤B.从多个激光散斑图像中抽取一个作为模板图像；
步骤C.在模板图像中选取一个区域作为子图像块，计算子图像块与其余的各个激光散斑图像之间的最大相关系数，定位所述最大相关系数位于激光散斑图像的坐标位置，通过所述坐标位置计算激光散斑图像与模板图像之间的位移偏差，校准激光散斑图像；
步骤D.将消除抖动后的各个激光散斑图像进行动静态信号分离，从激光散斑图像中区分出血流图像以及背景图像。
具体地，本发明是基于规范化互相关消除抖动效应原理，利用模板图像与激光散斑图像的最大相关系数所在的坐标位置，计算激光散斑图像与模板图像的位移偏差，根据该位移偏差实现对激光散斑图像校准操作，达到对激光散斑图像消除抖动的功能。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述步骤C包括以下步骤：
步骤C1.从模板图像中选取一区域作为子图像块；
步骤C2.将子图像块待配准激光散斑图像做规范化互相关，利用公式1计算待配准激光散斑图像与子图像块的相关系数，所述公式1如下其中f是待配准激光散斑图像，是子图像块的平均值，是待配准激光散斑图像f(x,y)在子图像块覆盖下的区域；
步骤C3.将求得的最大相关系数在待配准激光散斑图像上的坐标与子图像块的坐标相减，得到待配准激光散斑图像与模板图像之间的位移偏差。
具体地，本发明创造中所述图像处理方法是通过计算激光散斑图像与模板图像之间的相关系数，从而判断激光散斑图像与模板图像的匹配程度，相关系数y(u,v)越大，表示待配准目标图像与模板图像越相似。通过上述步骤，在校准激光散斑图像的过程中，使到误差大小不超过一个像素点，实现对激光散斑图像的精准矫正，去除抖动成份。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述步骤D包括以下步骤：
步骤D1.将各个激光散斑图像中的所有像素点进行傅里叶变换；
步骤D2.使用高频信号的平均值除以零频信号的平均值，获取各个激光散斑图像中的血流图像。
具体地，在血流成像技术中，利用了在低相干光的照射下，红细胞对光的吸收系数比背景对光的吸收系数高这个原理，红细胞在血管中流过时产生高频波动强度信号，而背景信号则在低频范围，使用红细胞和背景组织之间的吸收差异，使血流高频图像信号IAC和背景零频图像信号IDC可以在频域上分离。最后使用傅立叶变换将原始时间信号从时域传送到频域，公式如下，其中MD(i,j)即为能够区分出血流与背景组织的血流图像。
参照图2，本发明创造中步骤A具体是使用图2所述的激光散斑血流成像装置采集激光散斑图像的，一种可穿戴式激光散斑血流成像装置，包括激光光源1、光纤准直器2、分色镜4、反射镜3以及相机5，其中所述分色镜4用于将特定波长的激光光束反射以及允许特定波长的激光光束透射，所述光纤准直器2、分色镜4、反射镜3以及相机5均安装在一壳体6上，所述壳体6可固定在待实验动物的头部；所述激光光源1输出端与光纤准直器2输入端相连，所述光纤准直器2发出第一激光光束7，所述第一激光光束7先后经过反射镜3以及分色镜4反射，输出到壳体6外，所述第一激光光束7照射到待实验动物大脑上，将经待实验动物大脑反射的激光光束定义为第二激光光束8，从壳体6外输入的第二激光光束8通过分色镜4透射，进入到相机5中，所述相机5与电脑端9通信连接，所述第一激光光束7从壳体6内输出的位置，与所述第二激光光束8从壳体6外输入的位置一致。具体地，本发明创造将激光散斑血流成像所需要的光纤准直器2、反射镜3、分色镜4以及相机5设置在一个可固定在待实验动物头部的壳体6中，无需在待实验动物头部注射荧光粒子，实现非入侵成像。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述激光光源1通过多模光纤将激光光束传输到光纤准直器2，由于多模光纤能够在波长一定的情况下传输多种模式的光，降低了对激光光源1的要求，同时也降低了整套装置的价格成本。
进一步作为优选的实施方式，为优化本发明创造血流图像的采集结果，本发明创造具体实施方式中所述激光光源1输出的激光光束优选波长为650nm。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述相机5为CMOS工业相机，所述相机5配置有USB 3.0通信接口，所述相机5通过USB 3.0通信接口与电脑端9通信连接，将所采集的图像数据传输到电脑端9，由电脑端9进行图像处理操作，本实施方式通过USB 3.0通信接口实现相机5与电脑端9的通信连接，有效提高相机5与电脑端9数据传输速率，同时CMOS工业相机具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力，有效提高所采集的血流图像的质量。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (3)
1.一种激光散斑血流成像图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A.获取多个激光散斑图像；
步骤B.从多个激光散斑图像中抽取一个作为模板图像；
步骤C.在模板图像中选取一个区域作为子图像块，计算子图像块与其余的各个激光散斑图像之间的最大相关系数，定位所述最大相关系数位于激光散斑图像的坐标位置，通过所述坐标位置计算激光散斑图像与模板图像之间的位移偏差，校准激光散斑图像；
步骤D.将消除抖动后的各个激光散斑图像进行动静态信号分离，从激光散斑图像中区分出血流图像以及背景图像。
2.根据权利要求1所述的一种激光散斑血流成像图像处理方法，其特征在于，所述步骤C包括以下步骤：
步骤C1.从模板图像中选取一区域作为子图像块；
步骤C2.将子图像块待配准激光散斑图像做规范化互相关，利用公式1计算待配准激光散斑图像与子图像块的相关系数，所述公式1如下其中f是待配准激光散斑图像，是子图像块的平均值，是待配准激光散斑图像f(x,y)在子图像块覆盖下的区域；
步骤C3.将求得的最大相关系数在待配准激光散斑图像上的坐标与子图像块的坐标相减，得到待配准激光散斑图像与模板图像之间的位移偏差。
3.根据权利要求2所述的一种激光散斑血流成像图像处理方法，其特征在于，所述步骤D包括以下步骤：
步骤D1.将各个激光散斑图像中的所有像素点进行傅里叶变换；
步骤D2.使用高频信号的平均值除以零频信号的平均值，获取各个激光散斑图像中的血流图像。
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