CN111445532A - 一种专用于磁共振影像几何失真校正的标定方法 - Google Patents
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Abstract
一种专用于磁共振影像几何失真校正的标定方法，该方法通过人工选点，得到需要检测的角点区域，接着利用Harris算子得到待测角点的初始位置，再根据灰度矩对所有角点进一步精确定位，最后利用张正友平面标定方法进行标定。该方法包括人工选点确定待测点区域1、确定角点坐标点2、灰度矩精确定位3和张正友平面法标定4这四个步骤。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像技术领域，具体涉及一种专用于磁共振影像几何失真校正的标定方法。
背景技术
随着科学技术在医学领域的发展，磁共振成像技术已经十分普遍，它采用静磁场和射频磁场使人体组织成像，在成像过程中，既不用电子离辐射、也不用造影剂就可获得高对比度的清晰图像。它能够从人体分子内部反映出人体器官失常和早期病变。
但投入使用的磁共振成像机器普遍存在的问题是，呈现的图像有失真状况。磁共振成像失真原因主要包括机器相关方面和病人相关方面，机器相关方面例如机器用于承载人体的支撑面角度偏差，投射光源的不同方向等。上述各种变量导致了磁共振图像不能完全正确反映本来形状，即会出现磁共振影像几何失真。而现有的磁共振影像标定方法非常灵活，但并不成熟，很难得到稳定的结果，在需要较高精度的影像建立中不能得到很好的应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种专用于磁共振影像几何失真校正的标定方法，该方法的技术方案是：通过人工选点，得到需要检测的角点区域，接着利用Harris算子得到待测角点的初始位置，再根据灰度矩对所有角点进一步精确定位，最后利用张正友平面标定方法进行标定。具体包括人工选点确定待测点区域1、确定角点坐标点2、灰度矩精确定位3和张正友平面法标定4这四个步骤，具体描述如下：
所述的确定待测点区域1是用人工选点的方法确定影像中待测角点的区域。
所述的确定角点坐标点2是对所述的人工选点确定待测点区域1中得到的图像矩阵，通过Harris角点检测算子得到角点的像素级坐标值。
所述的精确定位3是利用影像的矩不变性进行角标的精确定位，即假设实际图像的实际角点与理想角点模型的灰度矩保持一致，对所有角点进一步精确定位。
所述平面标定4是利用改进的张正友平面标定方法进行磁共振影像几何失真矫正的标定。
所述的平面标定4的标定步骤如下所述：
步骤1：在未畸变模型下，选择影像的参数进行标定获得线性初值；
步骤2：利用获得的线性初值对畸变系数进行标定；
步骤3：利用标定出来的非线性参数重新进行线性标定；
步骤4：重复第二步到第三步的步骤，直到线性参数和非线性参数收敛为止。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)将灰度矩应用于相机标定中，可以得到比较好的角点检测效果，使得最后得到精度较高的标定结果。
(2)避免了传统方法设备要求高，操作繁琐的缺点。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本发明的不当限定。
图1是一种专用于磁共振影像几何失真校正的标定方法的结构图；
图2是一种专用于磁共振影像几何失真校正的标定方法的标定板；
图3是经过Harris算子检测到的角点近似模型；
图4是经过Harris算子检测到的二维理想角点模型；
图5是真实影像角点近似模型；
图6是二维理想角点模型。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种专用于磁共振影像几何失真校正的标定方法，该标定方法的技术方案是：该方法通过人工选点，得到需要检测的角点区域，接着利用Harris算子得到待测角点的初始位置，再根据灰度矩对所有角点进一步精确定位，最后利用张正友平面标定方法进行标定。该方法包括确定待测点区域1、确定角点坐标点2、精确定位3和平面标定4这四个步骤，如图1所示，具体描述如下：
所述的人工选点确定待测点区域1是用人工选点的方法确定影像中待测角点的区域。
所述的确定角点坐标点2是对所述的人工选点确定待测点区域1中得到的图像矩阵，通过Harris角点检测算子得到角点的像素级坐标值。
所述的精确定位3是利用影像的矩不变性进行角标的精确定位，即假设实际图像的实际角点与理想角点模型的灰度矩保持一致，对所有角点进一步精确定位。
所述平面标定4是利用改进的张正友平面标定方法进行磁共振影像几何失真矫正的标定。
本发明主要采用改进的张正友平面标定方法，所用标定板为棋盘格标定板，如图2所示。要进行磁共振影像几何失真校正的精确标定，需要对影像中的各相关角点进行精确检测。
具体地，所述的确定待测点区域1是用人工选点的方法确定待测角点的区域。
具体地，所述的确定角点坐标点2对所述的人工选点确定待测点区域1中得到的图像矩阵，通过Harris角点检测算子得到角点的像素级坐标值，将其记为(u0，v0)。
具体地，所述的精确定位3是利用影像的矩不变性进行角标的精确定位，即假设实际图像的实际角点与理想角点模型的灰度矩保持一致，对所有角点进一步精确定位。
对于本发明中的磁共振影像I(i，j)来说，影像中目标区域S的p阶灰度矩的定义为：
式中，n为区域S中的像素点数。
根据算子计算效率和精度，本文采用5x5的模型。图3为经过Harris算子检测到的角点近似模型，在图中，标号为a13的点检测到的角点。其精确度为1个像素。根据灰度矩近似原理，可以得到如图4的理想阶跃模型。设其真实角点位于(u，v)处，其中(u，v)的位置在a13这个像素内，为亚像素角点。根据棋盘格特点，整个模型将会被角点分为4个区域。整个模型可用4个参数表示，角点横坐标u，角点纵坐标v，区域1和区域3的灰度值h1，区域2和区域4的灰度值h2，即：
设每个像素点的单位长d＝1，则模型整个区域在(0，0)到(5，5)范围内。则理想阶跃模型中灰度矩可以表示为：
mk＝h1k×S+h2k×(25-S)
其中，S为区域2和区域3的面积和,S＝uv+(5-u)(5-v)
一共有4个未知数：u，v，h1，h2联立求解下列方程组：
可以求得h1，h2，和S。
得到S时，我们可以得到关于横坐标u和纵坐标v的关系式，即
S＝uv+(5-u)(5-v)
其中，2<u<3，2<v<3。在这条曲线上的点都满足两种模型的灰度矩相等，都可以满足一定的数值精度。
具体地，为了进一步确定u和v的具体数值，得需一个约束条件。本发明采用在一维上的灰度矩平衡来确定横坐标u。取5x1的理想阶跃模型，如图5、图6所示。
类似上述分析，整个模型可用3个参数表示，角点横坐标u，u左边区域灰度值h3，u右边区域的灰度值h4，即：
由式12可得其灰度矩方程：
解方程组，可以得到u。
最后，将所解得的u代入，可以得到精确的角点坐标(u，v)。
上述得到的只是在理想模型的角点坐标。要得到在图像坐标系的坐标，有以下变换：
其中(u0，v0)为Harris算子得出的角点坐标。(u，v)为在灰度矩理想阶跃模型下的坐标，(u′，v′)为最后得到的精确坐标值。
具体地，所述平面标定4是利用改进的张正友平面标定方法进行标定，采用的影像标定模板为平面模板，如图2所示，模板为棋盘格。对任意的三维点，可以假设平面模板位于世界坐标系的XOY平面，即Z＝0。
设平面靶标上的每个特征点的坐标为(xwi，ywi，zwi)，在成像坐标系下的坐标为(xci，yci，zci)，记图像坐标为(ui，vi)，令z＝0有：
其中，s为常数，Min是内参矩阵。
利用旋转矩阵的特性得到如下式(14)和式(15)两个约束方程：
对于采集到的N个影像，得到N组方程，可以联立2N个方程。从而求出内外参数。
具体地，标定过程描述如下：
(1)在未畸变模型下，对参数标定获得线性初值；
(2)利用获得的线性初值对畸变系数进行标定；
(3)利用标定出来的非线性参数重新进行线性标定；
(4)重复第二步到第三步的步骤，直到线性参数和非线性参数收敛为止。
具体地，在上述第一步进行标定时，因为拍摄硬件的畸变未能纳入考虑范围，得到的结果精度较低，而第二步标定出来的非线性参数的精度也不能达到要求，只有对标定出来的线性参数进行非线性计算，直到线性和非线性参数都收敛才能得到最精确的值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种专用于磁共振影像几何失真校正的标定方法，其特征在于，通过人工选点，得到需要检测的角点区域，接着利用Harris算子得到待测角点的初始位置，再根据灰度矩对所有角点进一步精确定位，最后利用张正友平面标定方法进行标定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述人工选点，确定待测点区域1中得到的图像矩阵，通过Harris角点检测算子得到角点的像素级坐标值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精确定位是利用影像的矩不变性进行角标的精确定位，即假设实际图像的实际角点与理想角点模型的灰度矩保持一致，对所有角点进一步精确定位，磁共振影像I(i，j)来说，影像中目标区域S的p阶灰度矩的定义为：
式中，n为区域S中的像素点数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平面标定是利用改进的张正友平面标定方法进行磁共振影像几何失真矫正的标定，所用标定板为棋盘格标定板，整个模型被角点分为4个区域，用4个参数表示，角点横坐标u，角点纵坐标v，区域1和区域3的灰度值h1，区域2和区域4的灰度值h2，具体地，为了进一步确定u和v的具体数值，采用在一维上的灰度矩平衡作为约束条件来确定横坐标u。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平面标定方法过程为：
(1)在未畸变模型下，对参数标定获得线性初值；
(2)利用获得的线性初值对畸变系数进行标定；
(3)利用标定出来的非线性参数重新进行线性标定；
(4)重复第二步到第三步的步骤，直到线性参数和非线性参数收敛为止，
具体地，对上述标定出来的线性参数进行非线性计算，直到线性和非线性参数都收敛才能得到最精确的值。
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