KR102513394B1 - Device and Method for Generating Synthetic Endoscope Image Using General Adversarial Network - Google Patents

Device and Method for Generating Synthetic Endoscope Image Using General Adversarial Network Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1 정상 내시경 이미지(211a), 제2 정상 내시경 이미지(211b), 제1 엣지 이미지(212a), 제2 엣지 이미지(212b), 폴립 마스크(213), 유사 내시경 이미지(214), 이상 내시경 이미지(215) 및 합성 내시경 이미지(216)가 다수 포함된 데이터셋(210)을 관리하는 데이터셋 관리부(200), 생성자(310) 및 분류자(320)를 포함하여 구성되는 학습 모델(300) 및 GAN(General Adversarial Network)을 기반으로 상기 생성자(310) 및 분류자(320)를 학습시키기 위한 학습부(400)를 포함하고, 상기 데이터셋 관리부(200)는 엣지 디텍션(Edge Detection) 기법을 이용하여 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 제2 정상 내시경 이미지(211b)로부터 특징적인 다수의 선을 추출한 제1 엣지 이미지(212a) 및 제2 엣지 이미지(212b)를 각각 생성하는 엣지 추출부(220) 및 상기 제1 엣지 이미지(212a)로부터 폴립(Polyp)이 포함된 폴립 마스크(213)를 검출하는 폴립 검출부(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a first normal endoscopic image 211a, a second normal endoscopic image 211b, a first edge image 212a, a second edge image 212b, a polyp mask 213, a similar endoscopic image 214, A learning model composed of a dataset management unit 200 that manages a dataset 210 including a plurality of endoscope images 215 and synthesized endoscope images 216, a generator 310, and a classifier 320 ( 300) and a learning unit 400 for training the generator 310 and the classifier 320 based on GAN (General Adversarial Network), and the dataset management unit 200 performs edge detection Edge extraction to generate a first edge image 212a and a second edge image 212b, respectively, in which a plurality of characteristic lines are extracted from the first normal endoscopic image 211a and the second normal endoscopic image 211b using the technique It is characterized in that it includes a polyp detection unit 230 that detects the polyp mask 213 including the polyp from the unit 220 and the first edge image 212a.

Description

GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치 및 방법{Device and Method for Generating Synthetic Endoscope Image Using General Adversarial Network}Apparatus and method for generating synthetic endoscope image using GAN {Device and Method for Generating Synthetic Endoscope Image Using General Adversarial Network}

본 발명은 합성 내시경 이미지 생성 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 인체의 내부를 내시경으로 촬영한 정상 내시경 이미지로부터 GAN(General Adversarial Network)을 이용하여 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지를 유형별로 다수 생성할 수 있는 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for generating synthetic endoscopic images, and more particularly, to synthesize a plurality of synthetic endoscopic images including malignant polyps by type using a GAN (General Adversarial Network) from normal endoscopic images taken with an endoscope of the inside of a human body. It relates to an apparatus and method for generating synthetic endoscopic images using GANs capable of generating.

GAN(Generative Adversarial Network, 생성적 대립 신경망)은 생성자와 분별자가 서로 경쟁하면서 실제 이미지와 거의 유사한 이미지를 자동으로 생성할 수 있는 기계 학습(Machine Learning) 모델이다. GAN (Generative Adversarial Network) is a machine learning (Machine Learning) model that can automatically generate images that are almost similar to real images while generators and classifiers compete with each other.

GAN은 가짜 이미지를 생성하여, 분별자를 최대한 속일 수 있도록 학습된 생성자 및 가짜 이미지 및 실제 이미지를 최대한 정확하게 분류할 수 있도록 학습된 분별자로 구성된다. GAN은 생성자 및 분별자를 순차적으로 반복 학습시키는 대립적 프로세스를 통해 발전시키는 과정을 통해 실제 이미지와 매우 유사한 가짜 이미지를 생성할 수 있다. A GAN consists of a constructor trained to create fake images to fool the discriminator as much as possible, and a discriminator trained to classify fake and real images as accurately as possible. GANs can generate fake images that are very similar to real images through an adversarial process in which generators and discriminators are sequentially and repeatedly learned.

일반 산업 분야에서 GAN를 이용한 이미지 생성 기술이 폭넓게 활용됨에 따라, 의료 분야에서도 기존의 내시경 이미지 생성 장치보다 실제 내시경 이미지와 거의 유사한 정교한 이미지를 생성할 수 있는 GAN 기반의 내시경 이미지 생성 장치가 도입되고 있다. As image generation technology using GAN is widely used in the general industry, a GAN-based endoscopic image generation device capable of generating sophisticated images that are almost similar to actual endoscopic images is being introduced in the medical field as well. .

그러나, 기존의 내시경 이미지 생성 장치에서는 입력값으로 노이즈를 사용하여, 상기 내시경 이미지 생성 장치에서 생성되는 내시경 이미지의 품질이 저하되는 문제점이 있었다. However, existing endoscopic image generating apparatuses have a problem in that the quality of endoscopic images generated by the endoscopic image generating apparatus is degraded because noise is used as an input value.

또한, 기존의 이미지 생성 장치에서는 기생성된 내시경 이미지의 신뢰성을 검증할 수 있는 수단이 구비되지 않아, 상기 내시경 이미지의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다. In addition, existing image generating apparatuses do not have a means for verifying the reliability of the previously generated endoscopic image, so that the reliability of the endoscopic image is low.

KRKR 10-2021-001246410-2021-0012464 B1B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 인체의 내부를 내시경으로 촬영한 정상 내시경 이미지로부터 GAN(General Adversarial Network)을 이용하여 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지를 유형별로 다수 생성할 수 있는 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치및 방법을 제공하는데 있다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to generate a synthesized endoscopic image including a malignant polyp using a GAN (General Adversarial Network) from a normal endoscopic image taken endoscopically of the inside of the human body. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for generating synthetic endoscopic images using GAN capable of generating multiple types for each type.

상기와 같은 기술적인 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치(100)는 제1 정상 내시경 이미지(211a), 제2 정상 내시경 이미지(211b), 제1 엣지 이미지(212a), 제2 엣지 이미지(212b), 폴립 마스크(213), 유사 내시경 이미지(214), 이상 내시경 이미지(215) 및 합성 내시경 이미지(216)가 다수 포함된 데이터셋(210)을 관리하는 데이터셋 관리부(200), 생성자(310) 및 분류자(320)를 포함하여 구성되는 학습 모델(300) 및 GAN(General Adversarial Network)을 기반으로 상기 생성자(310) 및 분류자(320)를 학습시키기 위한 학습부(400)를 포함하고, 상기 데이터셋 관리부(200)는 엣지 디텍션(Edge Detection) 기법을 이용하여 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 제2 정상 내시경 이미지(211b)로부터 특징적인 다수의 선을 추출한 제1 엣지 이미지(212a) 및 제2 엣지 이미지(212b)를 각각 생성하는 엣지 추출부(220) 및 상기 제1 엣지 이미지(212a)로부터 폴립(Polyp)이 포함된 폴립 마스크(213)를 검출하는 폴립 검출부(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problems, the synthesized endoscopic image generating apparatus 100 using GAN according to the present invention includes a first normal endoscopic image 211a, a second normal endoscopic image 211b, and a first edge image ( 212a), second edge image 212b, polyp mask 213, similar endoscopic image 214, ideal endoscopic image 215, and synthetic endoscopic image 216. Learning the generator 310 and the classifier 320 based on the learning model 300 including the set management unit 200, the generator 310 and the classifier 320 and a general adversarial network (GAN) and a learning unit 400 for the first normal endoscopic image 211a and the second normal endoscopic image 211b using an edge detection technique. An edge extractor 220 for generating a first edge image 212a and a second edge image 212b from which lines are extracted, respectively, and a polyp mask 213 including polyps from the first edge image 212a It is characterized by including a polyp detection unit 230 for detecting.

또한, 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a)는 인체의 내부를 내시경으로 촬영 시, 폴립이 포함된 이미지이고, 상기 제2 정상 내시경 이미지(211b)는 인체의 내부를 내시경으로 촬영 시, 폴립이 포함되지 않은 이미지이고, 상기 이상 내시경 이미지(215)는 인체의 내부를 내시경으로 촬영 시, 악성 폴립이 포함된 이미지인 것을 특징으로 한다.In addition, the first normal endoscope image 211a is an image including a polyp when the inside of the human body is photographed through an endoscope, and the second normal endoscope image 211b includes a polyp when the inside of the human body is photographed through an endoscope. The abnormal endoscopic image 215 is an image that includes a malignant polyp when the inside of the human body is photographed with an endoscope.

또한, 상기 생성자(310)는 상기 제1 엣지 이미지(212a) 및 폴립 마스크(213)로부터 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 유사 내시경 이미지(214)를 생성하고, 상기 분류자(320)는 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 상기 생성자(310)에 의해 생성된 상기 유사 내시경 이미지(214)의 진위 여부를 판별하고, 상기 학습부(400)는 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 상기 유사 내시경 이미지(214)를 입력 받아, 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a)를 진짜로 분류하고, 상기 유사 내시경 이미지(214)를 가짜로 분류하도록 상기 분류자(320)를 학습시키는 분류자 학습부(410) 및 상기 분류자(320)가 상기 유사 내시경 이미지(214)를 진짜로 분류할 수 있도록, 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 유사 내시경 이미지(214)를 생성하도록 상기 생성자(310)를 학습시키는 생성자 학습부(420)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the generator 310 generates a similar endoscopic image 214 similar to the first normal endoscopic image 211a from the first edge image 212a and the polyp mask 213, and the classifier 320 determines whether the first normal endoscopic image 211a and the similar endoscopic image 214 generated by the creator 310 are authentic, and the learning unit 400 determines whether the first normal endoscopic image 211a and classifier learning for learning the classifier 320 to receive the similar endoscopic image 214, classify the first normal endoscopic image 211a as real, and classify the similar endoscopic image 214 as fake. The generator 310 to generate a similar endoscopic image 214 similar to the first normal endoscopic image 211a so that the unit 410 and the classifier 320 can classify the similar endoscopic image 214 as genuine. ) It is characterized in that it comprises a generator learning unit 420 for learning.

또한, 상기 생성자(310)는 상기 분류자(320) 및 생성자(310)에 대한 순차적인 반복 학습이 완료된 이후, 제2 엣지 이미지(212b)에 다수의 폴립 마스크(213) 중에서 임의로 1개를 선택하여 합성함으로써, 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지(216)를 생성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the generator 310 randomly selects one of the plurality of polyp masks 213 for the second edge image 212b after the sequential iterative learning of the classifier 320 and the generator 310 is completed. It is characterized in that a synthesized endoscopic image 216 including a malignant polyp is generated by synthesizing the image.

또한, 상기 데이터셋 관리부(200)는 상기 합성 내시경 이미지(216)의 신뢰도를 검증하기 위한 합성 이미지 검증부(240)를 더 포함하고, 상기 합성 이미지 검증부(240)는 이상 내시경 이미지(215) 및 상기 이상 내시경 이미지(215)와 동일한 유형의 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지(216)을 입력받아, 일정한 개수의 벡터를 각각 출력하는 분류기 모델(241)을 포함하고, 상기 합성 이미지 검증부(240)는 차원축소 알고리즘을 이용하여, 상기 이상 내시경 이미지(215) 및 합성 내시경 이미지(216)에 대한 일정한 개수의 벡터를 입력 받아, 2차원 그래프로 각각 표현하는 것을 특징으로 한다.In addition, the dataset manager 200 further includes a synthesized image verification unit 240 for verifying the reliability of the synthesized endoscopic image 216, and the synthesized image verifying unit 240 determines the ideal endoscopic image 215 and a classifier model 241 that receives a synthetic endoscopic image 216 including malignant polyps of the same type as the ideal endoscopic image 215 and outputs a predetermined number of vectors, respectively, and the synthesized image verification unit ( 240) is characterized in that a predetermined number of vectors for the ideal endoscopic image 215 and the synthesized endoscopic image 216 are input and expressed in a two-dimensional graph, respectively, using a dimensionality reduction algorithm.

또한, 상기 합성 이미지 검증부(240)는 상기 합성 내시경 이미지(216)의 2차원 그래프의 분포가 상기 이상 내시경 이미지(215)의 2차원 그래프의 분포와 사전에 설정된 범위 이상으로 겹치는 경우, 상기 합성 내시경 이미지(216)를 신뢰할 수 있는 내시경 이미지로 분류하는 것을 특징으로 한다.In addition, the synthesized image verifying unit 240, when the distribution of the 2D graph of the synthesized endoscopic image 216 overlaps with the distribution of the 2D graph of the ideal endoscopic image 215 by more than a preset range, performs the synthesized image. It is characterized by classifying the endoscopic image 216 as a reliable endoscopic image.

본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 방법은 엣지 추출부(220)가 엣지 디텍션 기법을 이용하여 다수의 제1 정상 내시경 이미지(211a)로부터 특징적인 다수의 선을 각각 추출한 다수의 제1 엣지 이미지(212a)를 생성하는 제1 단계, 폴립 검출부(230)가 상기 엣지 추출부(220)에 의해 생성된 상기 다수의 제1 엣지 이미지(212a)로부터 각각 폴립이 포함된 다수의 폴립 마스크(213)를 검출하는 제2 단계, 학습부(400)가 GAN을 기반으로 생성자(310) 및 분류자(320)를 학습시키는 제 3단계, 상기 엣지 추출부(220)가 엣지 디텍션 기법을 이용하여 다수의 제2 정상 내시경 이미지(211b)로부터, 특징적인 다수의 선을 각각 추출한 다수의 제2 엣지 이미지(212b)를 생성하는 제 4단계, 상기 생성자(310)가 상기 다수의 제2 엣지 이미지(212)에 상기 다수의 폴립 마스크(213) 중에서 1개를 선택하여 합성함으로써, 악성 폴립이 포함된 다수의 합성 내시경 이미지(216)를 각각 생성하는 제 5단계 및 합성 이미지 검증부(240)가 상기 다수의 합성 내시경 이미지(216)의 신뢰도를 검증하는 제 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the synthetic endoscopic image generation method using GAN according to the present invention, the edge extractor 220 extracts a plurality of characteristic lines from a plurality of first normal endoscopic images 211a using an edge detection technique, respectively, a plurality of first edges In the first step of generating the image 212a, the polyp detection unit 230 uses a plurality of polyp masks 213 each including a polyp from the plurality of first edge images 212a generated by the edge extraction unit 220. ), a third step in which the learning unit 400 learns the generator 310 and the classifier 320 based on GAN, the edge extractor 220 uses an edge detection technique to A fourth step of generating a plurality of second edge images 212b in which a plurality of characteristic lines are respectively extracted from the second normal endoscopic image 211b of ) by selecting and synthesizing one of the plurality of polyp masks 213 to generate a plurality of synthesized endoscopic images 216 including malignant polyps, respectively, and the synthesized image verification unit 240 It is characterized in that it includes a sixth step of verifying the reliability of the synthesized endoscopic image 216 of.

또한, 상기 제 3단계는 상기 생성자(310)가 상기 엣지 추출부(220)로부터 생성된 제1 엣지 이미지(212a) 및 상기 폴립 검출부(230)로부터 생성된 폴립 마스크(213)로부터, 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 유사 내시경 이미지(214)를 생성하는 제 3-1단계, 분류자 학습부(410)가 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 상기 생성자(310)에 의해 생성된 상기 유사 내시경 이미지(214)를 입력 받아, 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a)를 진짜로 분류하고, 상기 유사 내시경 이미지(214)를 가짜로 분류하도록 상기 분류자(320)를 학습시키는 제 3-2단계, 상기 분류자(320)가 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 유사 내시경 이미지(214)를 입력받아, 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 유사 내시경 이미지(214)의 진위 여부를 판별하는 제 3-3단계, 생성자 학습부(420)가 상기 분류자(320)가 상기 생성자(310)에 의해 생성된 상기 유사 내시경 이미지(214)를 진짜로 분류할 수 있도록 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 상기 유사 내시경 이미지(214)를 생성하도록 상기 생성자(310)를 학습시키는 제 3-4단계 및 상기 다수의 제1 엣지 이미지(212a) 및 폴립 마스크(213)에 대해 상기 제 3-1단계에서 상기 제 3-4단계가 각각 일정한 횟수 만큼 반복 진행되는 제 3-5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the third step, the generator 310 obtains a first normal image from the first edge image 212a generated by the edge extraction unit 220 and the polyp mask 213 generated by the polyp detection unit 230. In the 3-1st step of generating a similar endoscopic image 214 similar to the endoscopic image 211a, the classifier learning unit 410 generates the first normal endoscopic image 211a and the above generated by the generator 310. Step 3-2 of learning the classifier 320 to receive the similar endoscopic image 214, classify the first normal endoscopic image 211a as real, and classify the similar endoscopic image 214 as fake , The classifier 320 receives the first normal endoscopic image 211a and the similar endoscopic image 214, and determines whether the first normal endoscopic image 211a and the similar endoscopic image 214 are authentic. Step 3-3, the generator learning unit 420 converts the first normal endoscope image 211a so that the classifier 320 can classify the similar endoscopic image 214 generated by the generator 310 as real. The 3-4th step of training the generator 310 to generate the similar endoscopic image 214 similar to ) and the 3-1st step for the plurality of first edge images 212a and the polyp mask 213. In the step, it is characterized in that it includes a 3-5 step in which the 3-4 steps are repeated a predetermined number of times.

또한, 상기 제 6단계는 상기 합성 이미지 검증부(240)가 이상 내시경 이미지(215) 및 상기 이상 내시경 이미지(215)와 동일한 유형의 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지(216)을 분류기 모델(241)에 입력하여, 일정한 개수의 벡터를 각각 출력하는 제 6-1단계, 상기 합성 이미지 검증부(240)가 차원축소 알고리즘을 이용하여, 상기 이상 내시경 이미지(215) 및 합성 내시경 이미지(216)에 대한 일정한 개수의 벡터를 입력 받아, 2차원 그래프로 각각 표현하는 제 6-2단계 및 상기 합성 이미지 검증부(240)가 상기 합성 내시경 이미지(216)의 2차원 그래프의 분포가 상기 이상 내시경 이미지(215)의 2차원 그래프의 분포와 사전에 설정된 범위 이상으로 겹치는 경우, 상기 합성 내시경 이미지(216)를 신뢰할 수 있는 내시경 이미지로 분류하는 제 6-3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, in the sixth step, the synthesized image verification unit 240 converts the abnormal endoscope image 215 and the synthesized endoscope image 216 including the same type of malignant polyp as the classifier model 241 ), and in the 6-1st step of outputting a certain number of vectors, the synthesized image verification unit 240 uses a dimensionality reduction algorithm to generate the ideal endoscope image 215 and the synthesized endoscope image 216. In the 6-2 step of receiving a certain number of vectors for each and expressing them in a 2D graph, and the distribution of the 2D graph of the synthesized endoscope image 216 by the synthesized image verification unit 240 is the ideal endoscope image ( 215), the 6-3 step of classifying the synthesized endoscopic image 216 as a reliable endoscopic image when it overlaps with the distribution of the 2D graph by more than a preset range.

본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치 및 방법은 인체의 내부를 내시경으로 촬영한 정상 내시경 이미지로부터 GAN(General Adversarial Network)을 이용하여 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지를 유형별로 다수 생성함으로써, 의료 분야에서 악성 폴립이 포함된 내시경 이미지가 부족한 문제점을 해결할 수 있다.An apparatus and method for generating synthetic endoscopic images using GAN according to the present invention generate multiple synthetic endoscopic images for each type using a general adversarial network (GAN) from a normal endoscopic image taken by an endoscope of the inside of a human body. , it can solve the problem of lack of endoscopic images including malignant polyps in the medical field.

또한, 본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치 및 방법에는 입력값으로 노이즈가 아닌 정상 내시경 이미지로부터 추출한 엣지 이미지 및 폴립 마스크를 합성한 이미지를 사용하므로, 의료 분야에서 사용되는 기존의 이미지 생성 장치보다 우수한 합성 내시경 이미지를 생성할 수 있다.In addition, since the synthesized endoscopic image generation apparatus and method using GAN according to the present invention uses an edge image extracted from a normal endoscopic image and an image synthesized from a polyp mask as an input value, conventional image generation used in the medical field It can produce synthetic endoscopic images that are superior to the device.

또한, 본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치 및 방법에서는 합성 내시경 이미지의 2차원 그래프의 분포가 이상 내시경 이미지의 2차원 그래프의 분포와 사전에 설정된 범위 이상으로 겹치는 경우에만, 상기 합성 내시경 이미지를 사용하므로, 신뢰도 높은 합성 내시경 이미지를 사용할 수 있는 이점이 있다.In addition, in the synthetic endoscope image generating apparatus and method using GAN according to the present invention, only when the distribution of the two-dimensional graph of the synthetic endoscope image overlaps the distribution of the two-dimensional graph of the ideal endoscope image by more than a preset range, the synthetic endoscope Since the image is used, there is an advantage in that a highly reliable synthetic endoscopic image can be used.

도 1은 본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 데이터셋의 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 합성 내시경 이미지 생성 장치에서 유사 내시경 이미지를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 합성 내시경 이미지 생성 장치에서 합성 내시경 이미지를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 합성 이미지 검증부가 합성 내시경 이미지를 검증하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 도 6에 도시된 S130 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 도 6에 도시된 S160 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
1 is a block diagram of an apparatus for generating synthetic endoscopic images using GAN according to the present invention.
Figure 2 is a configuration diagram of the dataset shown in Figure 1.
FIG. 3 is a diagram for explaining a process of generating a similar endoscopic image in the synthesized endoscopic image generating apparatus shown in FIG. 1 .
FIG. 4 is a diagram for explaining a process of generating a synthetic endoscopic image in the synthetic endoscopic image generating apparatus shown in FIG. 1 .
FIG. 5 is a diagram for explaining a process of verifying a synthesized endoscopic image by the synthesized image verifying unit shown in FIG. 1 .
6 is a flowchart illustrating a method for generating a synthesized endoscopic image using GAN according to the present invention.
FIG. 7 is a flowchart for explaining step S130 shown in FIG. 6 .
FIG. 8 is a flowchart for explaining step S160 shown in FIG. 6 .

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings in order to describe in detail enough for those skilled in the art to easily implement the technical idea of the present invention.

그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.However, the following examples are merely examples to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not reduced or limited thereby. In addition, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

먼저, 본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치(100)에 대해 설명하기로 한다.First, the synthetic endoscopic image generating apparatus 100 using GAN according to the present invention will be described.

도 1은 본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치(100)는 데이터셋 관리부(200), 학습 모델(300) 및 학습부(400)를 포함하여 구성된다. 1 is a block diagram of an apparatus for generating synthetic endoscopic images using GAN according to the present invention. Referring to FIG. 1 , an apparatus 100 for generating a synthesized endoscopic image using GAN according to the present invention includes a dataset management unit 200, a learning model 300, and a learning unit 400.

도 2는 도 1에 도시된 데이터셋의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 데이터셋 관리부(200)는 제1 정상 내시경 이미지(211a), 제2 정상 내시경 이미지(211b), 제1 엣지 이미지(212a), 제2 엣지 이미지(212b), 폴립 마스크(213), 유사 내시경 이미지(214), 합성 내시경 이미지(216) 및 이상 내시경 이미지(215)가 다수 포함된 데이터셋(210)을 관리한다. Figure 2 is a configuration diagram of the dataset shown in Figure 1. Referring to FIG. 2 , the dataset management unit 200 includes a first normal endoscopic image 211a, a second normal endoscopic image 211b, a first edge image 212a, a second edge image 212b, and a polyp mask ( 213), a similar endoscopic image 214, a synthetic endoscopic image 216, and an ideal endoscopic image 215 are managed.

여기서, 제1 정상 내시경 이미지(211a)는 위장, 대장, 식도 등 인체의 내부를 내시경으로 촬영 시, 폴립이 포함된 이미지이고, 여기서, 제2 정상 내시경 이미지(211b)는 인체의 내부를 내시경으로 촬영 시, 폴립(Polyp)이 포함되지 않은 이미지를 의미한다. 그리고, 이상 내시경 이미지(215)는 인체의 내부를 내시경으로 촬영 시, 악성 폴립이 포함된 이미지를 의미한다.Here, the first normal endoscopic image 211a is an image including a polyp when the inside of the human body, such as the stomach, large intestine, and esophagus, is taken with an endoscope, and here, the second normal endoscopic image 211b is an image of the inside of the human body endoscopically. It means an image that does not contain polyps at the time of shooting. Further, the abnormal endoscopic image 215 refers to an image including a malignant polyp when the inside of the human body is photographed through an endoscope.

도 3은 도 1에 도시된 합성 내시경 이미지 생성 장치에서 유사 내시경 이미지를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 데이터셋 관리부는 엣지 추출부(220) 및 폴립 검출부(230)를 포함하여 구성된다. FIG. 3 is a diagram for explaining a process of generating a similar endoscopic image in the synthesized endoscopic image generating apparatus shown in FIG. 1 . Referring to FIG. 3 , the dataset management unit includes an edge extraction unit 220 and a polyp detection unit 230.

엣지 추출부(220)는 엣지 디텍션(Edge Detection) 기법을 이용하여 제1 정상 내시경 이미지(211a)로부터 특징적인 다수의 선을 추출한 제1 엣지 이미지(212a)를 생성한다.The edge extractor 220 generates a first edge image 212a by extracting a plurality of characteristic lines from the first normal endoscopic image 211a using an edge detection technique.

이때, 엣지 디텍션은 정상 내시경 이미지에서 부각되는 선분을 이미지의 형태로 생성하는 알고리즘이며, 문턱값(Threshold)이 높아짐에 따라, 선명한 다수의 선들만 이미지의 형태로 생성하게 된다. 예를 들어, 문턱값이 17인 경우, 엣지 디텍션은 디테일한 선들도 이미지의 형태로 표현할 수 있다. 반면에, 문턱값이 50인 경우, 엣지 디텍션은 선명한 선들만 이미지의 형태로 표현할 수 있다. At this time, the edge detection is an algorithm for generating line segments that are highlighted in a normal endoscopic image in the form of an image, and as the threshold increases, only a large number of clear lines are created in the form of an image. For example, when the threshold value is 17, edge detection can express even detailed lines in the form of an image. On the other hand, when the threshold value is 50, edge detection can express only clear lines in the form of an image.

그리고, 폴립 검출부(230)는 엣지 추출부(220)에 의해 생성된 제1 엣지 이미지(212a)로부터 백색 바탕의 폴립이 포함된 폴립 마스크(213)를 검출한다. The polyp detection unit 230 detects the polyp mask 213 including polyps on a white background from the first edge image 212a generated by the edge extraction unit 220 .

도 3을 참조하면, 학습 모델(300)은 생성자(Generator)(310) 및 분류자(Discriminator)(320)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 3 , the learning model 300 includes a generator 310 and a discriminator 320 .

먼저, 생성자(310)는 엣지 추출부(220)로부터 생성된 제1 엣지 이미지(212a) 및 폴립 검출부(230)로부터 생성된 폴립 마스크(213)로부터, 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 유사 내시경 이미지(214)를 생성한다. First, the generator 310 generates a first edge image 212a generated by the edge extraction unit 220 and a polyp mask 213 generated by the polyp detection unit 230, similar to the first normal endoscopic image 211a. An endoscopic image 214 is created.

그리고, 분류자(320)는 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 생성자(310)에 의해 생성된 유사 내시경 이미지(214)의 진위 여부를 판별한다.In addition, the classifier 320 determines whether the first normal endoscopic image 211a and the similar endoscopic image 214 generated by the creator 310 are authentic.

그리고, 학습부(400)는 GAN(General Adversarial Network, 생성적 대립 신경망)을 기반으로 학습 모델(300)의 생성자(310) 및 분류자(320)를 학습시킨다. 학습부(400)는 분류자 학습부(410) 및 생성자 학습부(420)를 포함하여 구성된다.Further, the learning unit 400 trains the generator 310 and the classifier 320 of the learning model 300 based on a general adversarial network (GAN). The learning unit 400 includes a classifier learning unit 410 and a generator learning unit 420 .

먼저, 분류자 학습부(410)는 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 생성자(310)에 의해 생성된 유사 내시경 이미지(214)를 입력 받아, 제1 정상 내시경 이미지(211a)를 진짜로 분류하고, 유사 내시경 이미지(214)를 가짜로 분류하도록 분류자(320)를 학습시킨다. First, the classifier learning unit 410 receives the first normal endoscopy image 211a and the similar endoscopy image 214 generated by the generator 310, and classifies the first normal endoscopy image 211a as real, The classifier 320 is trained to classify the similar endoscopic images 214 as fake.

한편, 분류자 학습부(410)에 의해 학습을 받은 분류자(320)는 제1 정상 내시경 이미지(211a)를 입력받는 경우, 1을 출력한다. 그리고, 분류자(320)는 유사 내시경 이미지(214)를 입력받는 경우, 해당 이미지를 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 비교하여, 해당 이미지가 제1 정상 내시경 이미지(211a)에 가까우면, 1을 출력하고, 그렇지 않으면, 0을 출력한다.Meanwhile, the classifier 320 learned by the classifier learning unit 410 outputs 1 when receiving the first normal endoscope image 211a. Further, when the classifier 320 receives the similar endoscopy image 214, the corresponding image is compared with the first normal endoscopy image 211a, and if the corresponding image is close to the first normal endoscopy image 211a, 1 outputs , otherwise outputs 0.

그 이후, 생성자 학습부(420)는 분류자(320)가 생성자(310)에 의해 생성된 유사 내시경 이미지(214)를 진짜로 분류할 수 있도록 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 유사 내시경 이미지(214)를 생성하도록 생성자(310)를 학습시킨다. Thereafter, the generator learning unit 420 generates a similar endoscopic image similar to the first normal endoscopic image 211a so that the classifier 320 can truly classify the similar endoscopic image 214 generated by the generator 310 ( 214) to train the constructor 310.

그리고, 생성자 학습부(420)에 의해 학습을 받은 생성자(310)는 엣지 추출부(220)로부터 생성된 제1 엣지 이미지(212a) 및 폴립 검출부(230)로부터 생성된 폴립 마스크(213)로부터, 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 유사 내시경 이미지(214)를 재생성한다. In addition, the generator 310 learned by the generator learning unit 420 is generated from the first edge image 212a generated by the edge extraction unit 220 and the polyp mask 213 generated by the polyp detection unit 230, A similar endoscopic image 214 similar to the first normal endoscopic image 211a is recreated.

그 이후, 분류자 학습부(410)에 의한 분류자(320)의 학습 및 생성자 학습부(420)에 의한 생성자(310)의 학습이 일정한 횟수 만큼 순차적으로 반복 진행된다. 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사 내시경 이미지(214)를 분류하는 분류자(320) 및 유사 내시경 이미지(214)를 생성하는 생성자(310)에 대한 학습이 순차적으로 반복 진행될수록, 분류자(320)의 분류 정확도 및 생성자(310)의 이상 내시경 이미지(215)에 대한 유사 내시경 이미지(214)의 유사도가 더욱 향상되게 된다.After that, the learning of the classifier 320 by the classifier learning unit 410 and the learning of the generator 310 by the generator learning unit 420 are sequentially repeated a predetermined number of times. As the learning of the classifier 320 for classifying the first normal endoscopic image 211a and the similar endoscopic image 214 and the constructor 310 for generating the similar endoscopic image 214 is sequentially repeated, the classifier ( The classification accuracy of 320 and the similarity of the similar endoscopic image 214 to the ideal endoscopic image 215 of the creator 310 are further improved.

도 4는 도 1에 도시된 합성 내시경 이미지 생성 장치에서 합성 내시경 이미지를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a diagram for explaining a process of generating a synthetic endoscopic image in the synthetic endoscopic image generating apparatus shown in FIG. 1 .

도 4를 참조하면, 분류자(320) 및 생성자(310)에 대한 순차적인 반복 학습이 완료된 이후, 엣지 추출부(220)는 엣지 디텍션(Edge Detection) 기법을 이용하여 제2 정상 내시경 이미지(211b)로부터, 특징적인 다수의 선을 추출한 제2 엣지 이미지(212b)를 생성한다.Referring to FIG. 4 , after the sequential iterative learning of the classifier 320 and the generator 310 is completed, the edge extractor 220 uses an edge detection technique to obtain a second normal endoscopic image 211b. ), a second edge image 212b is generated by extracting a plurality of characteristic lines.

그 이후, 생성자(310)는 제2 엣지 이미지(212b)에 다수의 폴립 마스크(213) 중에서 임의로 1개를 선택하여 합성함으로써, 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지(216)를 생성한다. Thereafter, the generator 310 randomly selects and synthesizes one of the plurality of polyp masks 213 on the second edge image 212b, thereby generating a synthesized endoscopic image 216 including a malignant polyp.

도 5는 도 1에 도시된 합성 이미지 검증부가 합성 내시경 이미지를 검증하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 및 도 5를 참조하면, 데이터셋 관리부(200)는 합성 내시경 이미지(216)의 신뢰도를 검증하는 합성 이미지 검증부(240)를 더 포함하여 구성된다. FIG. 5 is a diagram for explaining a process of verifying a synthesized endoscopic image by the synthesized image verifying unit shown in FIG. 1 . Referring to FIGS. 1 and 5 , the dataset manager 200 further includes a synthesized image verification unit 240 that verifies reliability of the synthesized endoscopic image 216 .

합성 이미지 검증부(240)는 이상 내시경 이미지(215) 및 해당 이상 내시경 이미지(215)와 동일한 유형의 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지(216)를 입력받아, 일정한 개수의 벡터를 각각 출력하는 분류기 모델(241)을 포함하여 구성된다. The synthesized image verification unit 240 is a classifier that receives the abnormal endoscopic image 215 and the synthesized endoscopic image 216 including the same type of malignant polyp as the abnormal endoscopic image 215 and outputs a certain number of vectors, respectively. It is configured to include a model 241.

예를 들어, 합성 이미지 검증부(240)는 합성 내시경 이미지(216)를 분류기 모델(241)에 입력하여, 최종 레이어로부터 일정한 개수의 벡터를 출력할 수 있다.For example, the synthesized image verifier 240 may input the synthesized endoscopic image 216 to the classifier model 241 and output a certain number of vectors from a final layer.

여기서, 동일한 유형은 악성 폴립, 즉 암의 유형이 동일하다는 것을 의미한다. 다시 말해서, 이상 내시경 이미지(215)가 대장암 이미지인 경우, 해당 합성 내시경 이미지(216)도 대장암 이미지이다.Here, the same type means that the type of malignant polyp, that is, the cancer is the same. In other words, if the ideal endoscopic image 215 is a colon cancer image, the corresponding synthesized endoscopic image 216 is also a colon cancer image.

그 이후, 합성 이미지 검증부(240)는 차원축소 알고리즘을 이용하여 이상 내시경 이미지(215) 및 합성 내시경 이미지(216)에 대한 일정한 개수의 벡터를 입력 받아, 2차원 그래프로 각각 표현한다. 여기서, 차원축소 알고리즘은 일정한 개수의 벡터를 입력 받아, 특정 차원으로 차원을 축소시켜 주는 알고리즘이다.Thereafter, the synthesized image verification unit 240 receives a predetermined number of vectors for the ideal endoscopic image 215 and the synthesized endoscopic image 216 by using a dimensionality reduction algorithm, and expresses them in a two-dimensional graph, respectively. Here, the dimension reduction algorithm is an algorithm that receives a certain number of vectors as input and reduces the dimension to a specific dimension.

그 이후, 합성 이미지 검증부(240)는 합성 내시경 이미지(216)의 2차원 그래프의 분포가 이상 내시경 이미지(215)의 2차원 그래프의 분포와 사전에 설정된 범위 이상으로 겹치는 경우, 해당 합성 내시경 이미지(216)를 신뢰할 수 있는 내시경 이미지로 분류할 수 있다. 예를 들어, 합성 내시경 이미지(216)의 2차원 그래프의 분포가 이상 내시경 이미지(215)의 2차원 그래프의 분포와 90% 이상 겹치는 경우, 해당 합성 내시경 이미지(216)를 신뢰할 수 있는 내시경 이미지로 분류할 수 있다.Thereafter, the synthesized image verifying unit 240, when the distribution of the 2D graph of the synthesized endoscopic image 216 overlaps with the distribution of the 2D graph of the abnormal endoscopic image 215 by more than a preset range, the synthesized endoscopic image (216) can be classified as a reliable endoscopic image. For example, if the distribution of the 2D graph of the synthesized endoscope image 216 overlaps the distribution of the two-dimensional graph of the abnormal endoscope image 215 by 90% or more, the corresponding synthesized endoscope image 216 is regarded as a reliable endoscope image. can be classified.

그 이후, 사용자는 다수의 합성 내시경 이미지(216) 및 이상 내시경 이미지(215)에 대해 랜덤으로 순서를 매긴 후, 의료 영상 전문가에게 제시함으로써, 다수의 합성 내시경 이미지(216)의 신뢰도를 추가로 검증할 수 있다.After that, the user randomly ranks the plurality of synthesized endoscopic images 216 and the ideal endoscopic image 215, and then presents them to a medical imaging expert to further verify the reliability of the plurality of synthesized endoscopic images 216. can do.

다음으로, 본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 방법에 대해 설명하기로 한다. Next, a synthetic endoscopic image generation method using GAN according to the present invention will be described.

도 6은 본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6을 참조하면, 엣지 추출부(220)는 엣지 디텍션 기법을 이용하여 다수의 제1 정상 내시경 이미지(211a)로부터 특징적인 다수의 선을 각각 추출한 다수의 제1 엣지 이미지(212a)를 생성한다.(S110)6 is a flowchart illustrating a method for generating a synthesized endoscopic image using GAN according to the present invention. Referring to FIG. 6 , the edge extraction unit 220 generates a plurality of first edge images 212a by extracting a plurality of characteristic lines from a plurality of first normal endoscopic images 211a by using an edge detection technique. .(S110)

그 이후, 폴립 검출부(230)는 엣지 추출부(220)에 의해 생성된 다수의 제1 엣지 이미지(212a)로부터 각각 폴립이 포함된 다수의 폴립 마스크(213)를 검출한다.(S120)Thereafter, the polyp detection unit 230 detects a plurality of polyp masks 213 each including a polyp from the plurality of first edge images 212a generated by the edge extraction unit 220 (S120).

그 이후, 학습부(400)는 GAN을 기반으로 생성자(310) 및 분류자(320)를 학습시킨다.(S130)After that, the learning unit 400 trains the generator 310 and the classifier 320 based on the GAN (S130).

도 7은 도 6에 도시된 S130 단계를 설명하기 위한 순서도이다. 도 7을 참조하면, 생성자(310)는 엣지 추출부(220)로부터 생성된 제1 엣지 이미지(212a) 및 폴립 검출부(230)로부터 생성된 폴립 마스크(213)로부터, 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 유사 내시경 이미지(214)를 생성한다.(S131)FIG. 7 is a flowchart for explaining step S130 shown in FIG. 6 . Referring to FIG. 7 , the generator 310 outputs a first normal endoscopic image 211a from the first edge image 212a generated by the edge extraction unit 220 and the polyp mask 213 generated by the polyp detection unit 230. A similar endoscopic image 214 similar to ) is generated (S131).

그 이후, 분류자 학습부(410)는 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 생성자(310)에 의해 생성된 유사 내시경 이미지(214)를 입력 받아, 제1 정상 내시경 이미지(211a)를 진짜로 분류하고, 유사 내시경 이미지(214)를 가짜로 분류하도록 분류자(320)를 학습시킨다.(S132)Thereafter, the classifier learning unit 410 receives the first normal endoscopy image 211a and the similar endoscopy image 214 generated by the creator 310, classifies the first normal endoscopy image 211a as real, and , The classifier 320 is trained to classify the similar endoscopic image 214 as fake. (S132)

그 이후, 분류자(320)는 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 유사 내시경 이미지(214)를 입력받아, 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 유사 내시경 이미지(214)의 진위 여부를 판별한다.(S133)After that, the classifier 320 receives the first normal endoscope image 211a and the similar endoscopy image 214 and determines whether the first normal endoscope image 211a and the similar endoscope image 214 are genuine. (S133)

그 이후, 생성자 학습부(420)는 분류자(320)가 생성자(310)에 의해 생성된 유사 내시경 이미지(214)를 진짜로 분류할 수 있도록 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 유사 내시경 이미지(214)를 생성하도록 생성자(310)를 학습시킨다.(S134)Thereafter, the generator learning unit 420 generates a similar endoscopic image similar to the first normal endoscopic image 211a so that the classifier 320 can truly classify the similar endoscopic image 214 generated by the generator 310 ( 214) to train the constructor 310. (S134)

그 이후, 다수의 제1 엣지 이미지(212a) 및 폴립 마스크(213)에 대해 S131 단계에서 S134단계가 각각 일정한 횟수 만큼 반복 진행된다.(S135)Thereafter, steps S131 to S134 are repeated a predetermined number of times for the plurality of first edge images 212a and the polyp mask 213 (S135).

그 이후, 엣지 추출부(220)는 엣지 디텍션 기법을 이용하여 다수의 제2 정상 내시경 이미지(211b)로부터, 특징적인 다수의 선을 각각 추출한 다수의 제2 엣지 이미지(212b)를 생성한다.(S140)After that, the edge extractor 220 generates a plurality of second edge images 212b by extracting a plurality of characteristic lines from the plurality of second normal endoscopic images 211b by using an edge detection technique. ( S140)

그 이후, 생성자(310)는 다수의 제2 엣지 이미지(212)에 다수의 폴립 마스크(213) 중에서 1개를 선택하여 합성함으로써, 악성 폴립이 포함된 다수의 합성 내시경 이미지(216)를 각각 생성한다.(S150)Thereafter, the generator 310 selects and synthesizes one of the plurality of polyp masks 213 with the plurality of second edge images 212 to generate a plurality of synthesized endoscopic images 216 including malignant polyps, respectively. (S150)

그 이후, 합성 이미지 검증부(240)는 다수의 합성 내시경 이미지(216)의 신뢰도를 검증한다.(S160)After that, the synthesized image verifying unit 240 verifies the reliability of the plurality of synthesized endoscopic images 216 (S160).

도 8은 도 6에 도시된 S160 단계를 설명하기 위한 순서도이다. 도 8을 참조하면, 합성 이미지 검증부(240)는 이상 내시경 이미지(215) 및 이상 내시경 이미지(215)와 동일한 유형의 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지(216)을 분류기 모델(241)에 입력하여, 일정한 개수의 벡터를 각각 출력한다.(S161)FIG. 8 is a flowchart for explaining step S160 shown in FIG. 6 . Referring to FIG. 8 , the synthesized image verification unit 240 inputs an abnormal endoscopic image 215 and a synthesized endoscopic image 216 including the same type of malignant polyp as the abnormal endoscopic image 215 into a classifier model 241. Then, a certain number of vectors are output. (S161)

그 이후, 합성 이미지 검증부(240)는 차원축소 알고리즘을 이용하여, 이상 내시경 이미지(215) 및 합성 내시경 이미지(216)에 대한 일정한 개수의 벡터를 입력 받아, 2차원 그래프로 각각 표현한다.(S162)After that, the synthesized image verification unit 240 receives a certain number of vectors for the ideal endoscopic image 215 and the synthesized endoscopic image 216 by using a dimensionality reduction algorithm, and expresses them in a 2D graph, respectively. ( S162)

그 이후, 합성 이미지 검증부(240)는 합성 내시경 이미지(216)의 2차원 그래프의 분포가 이상 내시경 이미지(215)의 2차원 그래프의 분포와 사전에 설정된 범위 이상으로 겹치는 경우, 합성 내시경 이미지(216)를 신뢰할 수 있는 내시경 이미지로 분류한다.(S163)Thereafter, the synthesized image verification unit 240, when the distribution of the 2D graph of the synthesized endoscope image 216 overlaps with the distribution of the 2D graph of the abnormal endoscope image 215 by more than a preset range, synthesizes the endoscope image ( 216) is classified as a reliable endoscopic image. (S163)

본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치(100) 및 방법은 인체의 내부를 내시경으로 촬영한 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 제2 정상 내시경 이미지(211b)로부터 GAN(General Adversarial Network)을 이용하여 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지(216)를 유형별로 다수 생성함으로써, 의료 분야에서 악성 폴립이 포함된 내시경 이미지가 부족한 문제점을 해결할 수 있다.The synthetic endoscopic image generating apparatus 100 and method using GAN according to the present invention generate a general adversarial network (GAN) from a first normal endoscopic image 211a and a second normal endoscopic image 211b taken by an endoscope of the inside of a human body. By generating a plurality of synthetic endoscopic images 216 including malignant polyps for each type using , it is possible to solve the problem of lack of endoscopic images including malignant polyps in the medical field.

또한, 본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치(100) 및 방법은 입력값으로 노이즈가 아닌 정상 내시경 이미지(211a, 211b)로부터 추출한 엣지 이미지(212a, 212b) 및 폴립 마스크(213)를 합성한 이미지를 사용하므로, 의료 분야에서 사용되는 기존의 이미지 생성 장치보다 우수한 합성 내시경 이미지(216)를 생성할 수 있다.In addition, the synthetic endoscopic image generating apparatus 100 and method using GAN according to the present invention use edge images 212a and 212b and polyp mask 213 extracted from non-noise normal endoscopic images 211a and 211b as input values. Since the synthesized image is used, it is possible to generate a synthesized endoscopic image 216 that is superior to conventional image generating devices used in the medical field.

또한, 본 발명에 의한 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치(100) 및 방법에서는 합성 내시경 이미지(216)의 2차원 그래프의 분포가 이상 내시경 이미지(215)의 2차원 그래프의 분포와 사전에 설정된 범위 이상으로 겹치는 경우, 상기 합성 내시경 이미지를 사용하므로, 신뢰도 높은 합성 내시경 이미지(216)를 사용할 수 있는 이점이 있다.In addition, in the synthetic endoscopic image generating apparatus 100 and method using the GAN according to the present invention, the distribution of the 2D graph of the synthetic endoscopic image 216 is the distribution of the 2D graph of the ideal endoscopic image 215 and a preset range In the case of overlapping more than one, there is an advantage in that a highly reliable synthesized endoscope image 216 can be used because the synthesized endoscope image is used.

이상과 같이 본 발명은 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치(100) 및 방법을 제공하고자 하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시예는 단지 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 진정한 권리 범위는 특허 청구범위를 기준으로 하되, 다양하게 존재할 수 있는 균등한 실시예에도 미친다 할 것이다.As described above, the main technical idea of the present invention is to provide a synthetic endoscopic image generating apparatus 100 and method using GAN, and the embodiment described above with reference to the drawings is only one embodiment, and the present invention The scope of the true rights of the invention will be based on the scope of the patent claims, but will also extend to equivalent embodiments that may exist in various ways.

100: GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치
200: 데이터셋 관리부
210: 데이터셋
211a: 제1 정상 내시경 이미지
21ba: 제1 정상 내시경 이미지
212a: 제1 엣지 이미지
212b: 제2 엣지 이미지
213: 폴립 마스크
214: 유사 내시경 이미지
215: 이상 내시경 이미지
216: 합성 내시경 이미지
220: 엣지 추출부
230: 폴립 검출부
240: 합성 이미지 검증부
241: 분류기 모델
300: 학습 모델
310: 생성자
320: 분류자
400: 학습부
410: 분류자 학습부
420: 생성자 학습부
100: Synthetic endoscopic image generating device using GAN
200: dataset management unit
210: dataset
211a: first normal endoscopic image
21ba: first normal endoscopic image
212a: first edge image
212b: second edge image
213: polyp mask
214 Similar endoscopic image
215 Abnormal endoscopic image
216: synthetic endoscopic image
220: edge extraction unit
230: polyp detection unit
240: composite image verification unit
241: classifier model
300: learning model
310: Constructor
320: classifier
400: learning unit
410: classifier learning unit
420: constructor learning unit

Claims (9)

제1 정상 내시경 이미지(211a), 제2 정상 내시경 이미지(211b), 제1 엣지 이미지(212a), 제2 엣지 이미지(212b), 폴립 마스크(213), 유사 내시경 이미지(214), 이상 내시경 이미지(215) 및 합성 내시경 이미지(216)가 다수 포함된 데이터셋(210)을 관리하는 데이터셋 관리부(200);
생성자(310) 및 분류자(320)를 포함하여 구성되는 학습 모델(300); 및
GAN(General Adversarial Network)을 기반으로 상기 생성자(310) 및 분류자(320)를 학습시키기 위한 학습부(400);를 포함하고,
상기 데이터셋 관리부(200)는
엣지 디텍션(Edge Detection) 기법을 이용하여 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 제2 정상 내시경 이미지(211b)로부터 특징적인 다수의 선을 추출한 제1 엣지 이미지(212a) 및 제2 엣지 이미지(212b)를 각각 생성하는 엣지 추출부(220); 및
상기 제1 엣지 이미지(212a)로부터 폴립(Polyp)이 포함된 폴립 마스크(213)를 검출하는 폴립 검출부(230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치.
A first normal endoscopic image 211a, a second normal endoscopic image 211b, a first edge image 212a, a second edge image 212b, a polyp mask 213, a similar endoscopic image 214, and an abnormal endoscopic image a dataset management unit 200 that manages a dataset 210 including a plurality of endoscopic images 215 and synthesized endoscopic images 216;
a learning model 300 comprising a generator 310 and a classifier 320; and
A learning unit 400 for learning the generator 310 and the classifier 320 based on a General Adversarial Network (GAN);
The dataset management unit 200
A first edge image 212a and a second edge image 212b obtained by extracting a plurality of characteristic lines from the first normal endoscopic image 211a and the second normal endoscopic image 211b using an edge detection technique Edge extraction unit 220 for generating each; and
A synthetic endoscopic image generating apparatus using GAN, comprising: a polyp detection unit 230 for detecting a polyp mask 213 containing a polyp from the first edge image 212a.
제 1항에 있어서,
상기 제1 정상 내시경 이미지(211a)는
인체의 내부를 내시경으로 촬영 시, 폴립이 포함된 이미지이고,
상기 제2 정상 내시경 이미지(211b)는
인체의 내부를 내시경으로 촬영 시, 폴립이 포함되지 않은 이미지이고,
상기 이상 내시경 이미지(215)는
인체의 내부를 내시경으로 촬영 시, 악성 폴립이 포함된 이미지인 것을 특징으로 하는 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치.
According to claim 1,
The first normal endoscopic image 211a is
When the inside of the human body is taken with an endoscope, it is an image containing polyps,
The second normal endoscopic image 211b is
When the inside of the human body is taken with an endoscope, it is an image that does not include polyps,
The abnormal endoscopic image 215 is
An apparatus for generating a synthetic endoscopic image using a GAN, characterized in that an image containing a malignant polyp when photographing the inside of a human body with an endoscope.
제 1항에 있어서,
상기 생성자(310)는
상기 제1 엣지 이미지(212a) 및 폴립 마스크(213)로부터 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 유사 내시경 이미지(214)를 생성하고,
상기 분류자(320)는
상기 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 상기 생성자(310)에 의해 생성된 상기 유사 내시경 이미지(214)의 진위 여부를 판별하고,
상기 학습부(400)는
상기 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 상기 유사 내시경 이미지(214)를 입력 받아, 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a)를 진짜로 분류하고, 상기 유사 내시경 이미지(214)를 가짜로 분류하도록 상기 분류자(320)를 학습시키는 분류자 학습부(410); 및
상기 분류자(320)가 상기 유사 내시경 이미지(214)를 진짜로 분류할 수 있도록, 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 유사 내시경 이미지(214)를 생성하도록 상기 생성자(310)를 학습시키는 생성자 학습부(420);를 포함하는 것을 특징으로 하는 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치.
According to claim 1,
The constructor 310 is
generating a similar endoscopic image 214 similar to the first normal endoscopic image 211a from the first edge image 212a and the polyp mask 213;
The classifier 320 is
determining whether the first normal endoscopic image 211a and the similar endoscopic image 214 generated by the creator 310 are authentic;
The learning unit 400
The classifier to receive the first normal endoscopic image 211a and the similar endoscopic image 214, classify the first normal endoscopic image 211a as real, and classify the similar endoscopic image 214 as fake a classifier learning unit 410 for learning 320; and
A generator that trains the generator 310 to generate a similar endoscopic image 214 similar to the first normal endoscopic image 211a so that the classifier 320 can truly classify the similar endoscopic image 214 An apparatus for generating synthetic endoscopic images using GAN, characterized in that it includes a learning unit 420.
제 3항에 있어서,
상기 생성자(310)는
상기 분류자(320) 및 생성자(310)에 대한 순차적인 반복 학습이 완료된 이후, 제2 엣지 이미지(212b)에 다수의 폴립 마스크(213) 중에서 임의로 1개를 선택하여 합성함으로써, 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지(216)를 생성하는 것을 특징으로 하는 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치.
According to claim 3,
The constructor 310 is
After the sequential iterative learning of the classifier 320 and generator 310 is completed, a malignant polyp is included by randomly selecting and synthesizing one of the plurality of polyp masks 213 in the second edge image 212b. An apparatus for generating a synthetic endoscopic image using GAN, characterized in that for generating a synthesized endoscopic image 216.
제 1항에 있어서,
상기 데이터셋 관리부(200)는
상기 합성 내시경 이미지(216)의 신뢰도를 검증하기 위한 합성 이미지 검증부(240)를 더 포함하고,
상기 합성 이미지 검증부(240)는
이상 내시경 이미지(215) 및 상기 이상 내시경 이미지(215)와 동일한 유형의 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지(216)을 입력받아, 일정한 개수의 벡터를 각각 출력하는 분류기 모델(241)을 포함하고,
상기 합성 이미지 검증부(240)는
차원축소 알고리즘을 이용하여, 상기 이상 내시경 이미지(215) 및 합성 내시경 이미지(216)에 대한 일정한 개수의 벡터를 입력 받아, 2차원 그래프로 각각 표현하는 것을 특징으로 하는 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치.
According to claim 1,
The dataset management unit 200
Further comprising a synthesized image verification unit 240 for verifying the reliability of the synthesized endoscopic image 216,
The composite image verification unit 240
A classifier model 241 that receives an abnormal endoscopic image 215 and a synthetic endoscopic image 216 including malignant polyps of the same type as the abnormal endoscopic image 215 and outputs a predetermined number of vectors, respectively,
The composite image verification unit 240
Using a dimensionality reduction algorithm, a certain number of vectors for the ideal endoscope image 215 and the synthesized endoscope image 216 are input and expressed as a two-dimensional graph, respectively. .
제 5항에 있어서,
상기 합성 이미지 검증부(240)는
상기 합성 내시경 이미지(216)의 2차원 그래프의 분포가 상기 이상 내시경 이미지(215)의 2차원 그래프의 분포와 사전에 설정된 범위 이상으로 겹치는 경우, 상기 합성 내시경 이미지(216)를 신뢰할 수 있는 내시경 이미지로 분류하는 것을 특징으로 하는 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 장치.
According to claim 5,
The composite image verification unit 240
When the distribution of the 2D graph of the synthesized endoscope image 216 overlaps with the distribution of the 2D graph of the ideal endoscope image 215 beyond a preset range, the synthesized endoscope image 216 is a reliable endoscope image. Synthetic endoscopic image generation apparatus using GAN, characterized in that classified into.
엣지 추출부(220)가 엣지 디텍션 기법을 이용하여 다수의 제1 정상 내시경 이미지(211a)로부터 특징적인 다수의 선을 각각 추출한 다수의 제1 엣지 이미지(212a)를 생성하는 제1 단계;
폴립 검출부(230)가 상기 엣지 추출부(220)에 의해 생성된 상기 다수의 제1 엣지 이미지(212a)로부터 각각 폴립이 포함된 다수의 폴립 마스크(213)를 검출하는 제2 단계;
학습부(400)가 GAN을 기반으로 생성자(310) 및 분류자(320)를 학습시키는 제 3단계;
상기 엣지 추출부(220)가 엣지 디텍션 기법을 이용하여 다수의 제2 정상 내시경 이미지(211b)로부터, 특징적인 다수의 선을 각각 추출한 다수의 제2 엣지 이미지(212b)를 생성하는 제 4단계;
상기 생성자(310)가 상기 다수의 제2 엣지 이미지(212)에 상기 다수의 폴립 마스크(213) 중에서 1개를 선택하여 합성함으로써, 악성 폴립이 포함된 다수의 합성 내시경 이미지(216)를 각각 생성하는 제 5단계; 및
합성 이미지 검증부(240)가 상기 다수의 합성 내시경 이미지(216)의 신뢰도를 검증하는 제 6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 방법.
A first step of generating, by the edge extraction unit 220, a plurality of first edge images 212a obtained by extracting a plurality of characteristic lines from the plurality of first normal endoscopic images 211a, respectively, using an edge detection technique;
a second step of detecting, by the polyp detection unit 230, a plurality of polyp masks 213 each including a polyp from the plurality of first edge images 212a generated by the edge extraction unit 220;
A third step in which the learning unit 400 learns the generator 310 and the classifier 320 based on the GAN;
a fourth step of generating, by the edge extraction unit 220, a plurality of second edge images 212b obtained by extracting a plurality of characteristic lines from the plurality of second normal endoscopic images 211b, respectively, using an edge detection technique;
The creator 310 selects and combines one of the plurality of polyp masks 213 with the plurality of second edge images 212 to generate a plurality of synthesized endoscopic images 216 including malignant polyps, respectively. The fifth step of doing; and
A synthetic endoscopic image generation method using GAN, characterized in that it includes a sixth step of verifying the reliability of the plurality of synthetic endoscopic images 216 by the synthetic image verification unit 240.
제 7항에 있어서,
상기 제 3단계는
상기 생성자(310)가 상기 엣지 추출부(220)로부터 생성된 제1 엣지 이미지(212a) 및 상기 폴립 검출부(230)로부터 생성된 폴립 마스크(213)로부터, 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 유사 내시경 이미지(214)를 생성하는 제 3-1단계;
분류자 학습부(410)가 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 상기 생성자(310)에 의해 생성된 상기 유사 내시경 이미지(214)를 입력 받아, 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a)를 진짜로 분류하고, 상기 유사 내시경 이미지(214)를 가짜로 분류하도록 상기 분류자(320)를 학습시키는 제 3-2단계;
상기 분류자(320)가 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 유사 내시경 이미지(214)를 입력받아, 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a) 및 유사 내시경 이미지(214)의 진위 여부를 판별하는 제 3-3단계;
생성자 학습부(420)가 상기 분류자(320)가 상기 생성자(310)에 의해 생성된 상기 유사 내시경 이미지(214)를 진짜로 분류할 수 있도록 상기 제1 정상 내시경 이미지(211a)와 유사한 상기 유사 내시경 이미지(214)를 생성하도록 상기 생성자(310)를 학습시키는 제 3-4단계; 및
상기 다수의 제1 엣지 이미지(212a) 및 폴립 마스크(213)에 대해 상기 제 3-1단계에서 상기 제 3-4단계가 각각 일정한 횟수 만큼 반복 진행되는 제 3-5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 방법.
According to claim 7,
The third step is
From the first edge image 212a generated by the generator 310 from the edge extraction unit 220 and the polyp mask 213 generated from the polyp detection unit 230, a first normal endoscopic image 211a similar to a 3-1st step of generating a similar endoscopic image 214;
The classifier learning unit 410 receives the first normal endoscopy image 211a and the similar endoscopy image 214 generated by the generator 310, and classifies the first normal endoscopy image 211a as real. 3-2 step of training the classifier 320 to classify the similar endoscopic image 214 as fake;
The classifier 320 receives the first normal endoscopic image 211a and the similar endoscopic image 214 and determines whether the first normal endoscopic image 211a and the similar endoscopic image 214 are authentic Step 3-3;
The similar endoscope similar to the first normal endoscope image 211a so that the generator learning unit 420 can classify the classifier 320 as genuine the similar endoscope image 214 generated by the generator 310 Steps 3-4 of training the generator 310 to generate an image 214; and
and a 3-5 step in which the 3-1 to 3-4 steps are repeated a predetermined number of times for the plurality of first edge images 212a and the polyp mask 213. A synthetic endoscopic image generation method using GAN.
제 7항에 있어서,
상기 제 6단계는
상기 합성 이미지 검증부(240)가 이상 내시경 이미지(215) 및 상기 이상 내시경 이미지(215)와 동일한 유형의 악성 폴립이 포함된 합성 내시경 이미지(216)를 분류기 모델(241)에 입력하여, 일정한 개수의 벡터를 각각 출력하는 제 6-1단계;
상기 합성 이미지 검증부(240)가 차원축소 알고리즘을 이용하여, 상기 이상 내시경 이미지(215) 및 합성 내시경 이미지(216)에 대한 일정한 개수의 벡터를 입력 받아, 2차원 그래프로 각각 표현하는 제 6-2단계; 및
상기 합성 이미지 검증부(240)가 상기 합성 내시경 이미지(216)의 2차원 그래프의 분포가 상기 이상 내시경 이미지(215)의 2차원 그래프의 분포와 사전에 설정된 범위 이상으로 겹치는 경우, 상기 합성 내시경 이미지(216)를 신뢰할 수 있는 내시경 이미지로 분류하는 제 6-3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 GAN을 이용한 합성 내시경 이미지 생성 방법.
According to claim 7,
The sixth step is
The synthesized image verification unit 240 inputs the abnormal endoscopic image 215 and the synthesized endoscopic image 216 including the same type of malignant polyp as the abnormal endoscopic image 215 into the classifier model 241 so that a certain number of A 6-1st step of outputting vectors of , respectively;
The synthesized image verification unit 240 receives a certain number of vectors for the ideal endoscope image 215 and the synthesized endoscope image 216 using a dimensionality reduction algorithm, and expresses them in a two-dimensional graph, respectively. Step 2; and
When the synthesized image verifying unit 240 overlaps the distribution of the two-dimensional graph of the synthesized endoscope image 216 with the distribution of the two-dimensional graph of the abnormal endoscope image 215 by more than a preset range, the synthesized endoscope image A synthetic endoscopic image generation method using GAN, characterized in that it includes a 6-3 step of classifying (216) as a reliable endoscopic image.
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