KR20080044737A - Method for processing an ultrasound image - Google Patents

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KR20080044737A
KR20080044737A KR1020070020428A KR20070020428A KR20080044737A KR 20080044737 A KR20080044737 A KR 20080044737A KR 1020070020428 A KR1020070020428 A KR 1020070020428A KR 20070020428 A KR20070020428 A KR 20070020428A KR 20080044737 A KR20080044737 A KR 20080044737A
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edge
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wavelet
pixel
filter
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KR1020070020428A
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박섭형
홍성후
신동국
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주식회사 메디슨
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/52Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G06T5/70
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10Image acquisition modality
    • G06T2207/10132Ultrasound image
    • GPHYSICS
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    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • G06T2207/20Special algorithmic details
    • G06T2207/20048Transform domain processing
    • G06T2207/20064Wavelet transform [DWT]

Abstract

A method for processing an ultrasonic image is provided to reinforce an edge by using an edge application filter based on a wavelet transform and a normalize edge map, reduce a speckle noise, and restrain a flicker phenomenon in an edge peripheral part. The 1 level wavelet decomposition of a ultrasonic image is performed(S110). A weighted edge map is extracted by using eigen-values of a tangent direction and a normal direction in respective pixels of the wavelet-decomposed image(S120). An independent edge is removed from the weighted edge map(S140). Adaptive filtering is performed by applying inter-different weight values according to pixel values of respective edges in the weighted edge map(S150). The wavelet synthesis of the adaptively filtered wavelet decomposition image is performed(S160).

Description

초음파 영상 처리 방법{Method for processing an ultrasound image}Method for processing an ultrasound image

도 1은 본 발명에 따른 초음파 영상의 화질 개선 과정을 보여주는 흐름도.1 is a flowchart illustrating a process of improving image quality of an ultrasound image according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따라 초음파 영상에서 계산된 가중 에지 맵을 3차원으로 나타낸 예를 보여주는 사진.Figure 2 is a photograph showing an example showing the weighted edge map calculated in the ultrasound image in three dimensions in accordance with the present invention.

도 3은 도 2에서 얻어진 가중 에지 맵에 중간값 필터를 적용하여 얻은 가중 에지 맵을 3차원으로 나타낸 예를 보여주는 사진.3 is a photograph showing an example in three dimensions of a weighted edge map obtained by applying a median filter to the weighted edge map obtained in FIG.

도 4는 에지에서 고유벡터와 방향성을 이용하여 인접 픽셀값의 선형 보간 방법을 보여주는 예시도.4 is an exemplary diagram illustrating a linear interpolation method of adjacent pixel values using eigenvectors and directionality at edges.

도 5는 감마 함수와 선형 증가 함수에 의한 가중치의 변환을 보여주는 그래프.5 is a graph showing the conversion of weights by a gamma function and a linear increase function.

도 6은 방향성 필터링에서 접선 방향으로 사용된 필터의 주파수 응답을 보여주는 그래프.6 is a graph showing the frequency response of a filter used in the tangential direction in directional filtering.

도 7은 방향성 필터링에서 법선 방향으로 사용된 필터의 주파수 응답을 보여주는 그리프.7 is a glyph showing the frequency response of a filter used in the normal direction in directional filtering.

도 8은 간의 원 초음파 영상을 보여주는 사진.8 is a photograph showing a circular ultrasound image of the liver.

도 9는 도 8의 간의 원 초음파 영상에 본 발명에 따른 필터링을 적용한 초음파 영상의 예를 보여주는 사진.FIG. 9 is a photograph showing an example of an ultrasound image in which filtering according to the present invention is applied to a circular ultrasound image of the liver of FIG. 8; FIG.

도 10은 태아의 원 초음파 영상을 보여주는 사진.10 is a photograph showing the original ultrasound image of the fetus.

도 11은 도 10의 태아의 원 초음파 영상에 본 발명에 따른 필터링을 적용한 초음파 영상의 예를 보여주는 사진.11 is a photograph showing an example of an ultrasound image in which filtering according to the present invention is applied to the original ultrasound image of the fetus of FIG. 10.

본 발명은 영상 처리 방법에 관한 것으로, 특히 웨이블릿 변환(wavelet transform)과 가중 에지 맵(weighted edge map)을 이용하여 초음파 동영상의 화질를 개선하기 위한 초음파 영상 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image processing method, and more particularly, to an ultrasonic image processing method for improving the quality of an ultrasonic video by using a wavelet transform and a weighted edge map.

근래에 들어 초음파를 이용한 진단장치가 일반 의료분야에서 널리 사용되고 있다. 초음파 영상 진단장치는 대상체에 초음파를 송신한 후, 대상체로부터 돌아오는 반사파를 검출하여 이로부터 얻어진 영상을 제공하는 장치이다. 그러나 대상체로부터 돌아오는 초음파는 매질과 작은 생체조직 등에 의해 반사와 산란이 동시에 일어나게 된다. 이 때문에 생기는 노이즈를 스펙클 노이즈(speckle noise)라고 한다. 이러한 스펙클 노이즈는 초음파 영상의 품질을 저하시키는 주요 원인으로 작용하여 결과적으로 정확한 진단을 어렵게 만든다. 따라서 초음파 영상을 이용하여 정확한 진단을 하기 위해서는 스페클 잡음을 제거하거나 감소시키는 일이 필요하다. 초음파 영상에서의 에지 정보는 시각적이나 의미적으로 진단에 필요한 중요한 정보를 가지고 있다. 따라서 잡음 제거 과정에서 에지 부분들이 손상 되지 않도록 하는 것이 무엇보다 중요하다. 이를 위하여 스페클 잡음을 감소시키는 동시에 에 지(edge)와 같이 시각적으로 중요한 부분을 강조하는 기법이 일반적으로 널리 사용된다.Recently, a diagnostic apparatus using ultrasound has been widely used in the general medical field. The ultrasound imaging apparatus is an apparatus that transmits ultrasound to an object and then detects a reflected wave returning from the object and provides an image obtained therefrom. However, the ultrasonic waves returned from the object are simultaneously reflected and scattered by the medium and the small living tissue. The noise generated due to this is called speckle noise. This speckle noise acts as a major cause of deterioration of the ultrasound image quality, which makes accurate diagnosis difficult. Therefore, in order to make an accurate diagnosis using an ultrasound image, it is necessary to remove or reduce speckle noise. The edge information in the ultrasound image has important information necessary for diagnosis visually or semantically. Therefore, it is important to ensure that the edge parts are not damaged during the noise cancellation process. To this end, techniques that reduce speckle noise and emphasize visually important parts such as edges are commonly used.

최근에 다중 스케일(multiscale) 웨이블릿에 기반을 둔 필터링 기법이 이용되고 있다. 이는 웨이블릿 분해된 영상을 픽셀 차원에서 에지를 분석하여 에지와 스페클 잡음으로 구분한 후 적응적 필터링을 통해 에지는 뚜렷하게 하고 스페클은 감소시키는 것이다. 이 방법은 초음파 정지 영상에 적용될 때는 효과적이지만 초음파 영상 시퀀스를 대상으로 할 경우에는 문제점이 발생한다. 인접한 프레임에서 동일한 위치에 있는 부분을 처리하는 방법이 달라지는 경우에 영상 시퀀스에서 각 프레임의 지역적인 명암차로 인하여 에지 주변부에서 번쩍거림 현상이 발생하는 문제점이 있다. 따라서 B-모드 초음파 동영상의 품질 향상을 위해서는 상기 문제점의 해결이 요구되고 있다. Recently, a filtering technique based on multiscale wavelets has been used. It analyzes the edge of wavelet-decomposed image in pixel dimension and divides it into edge and speckle noise. This method is effective when applied to an ultrasound still image, but a problem arises when an ultrasound image sequence is targeted. When the method of processing the parts located at the same position in the adjacent frame is different, there is a problem that the flashing phenomenon occurs around the edge due to the local contrast difference of each frame in the image sequence. Therefore, in order to improve the quality of the B-mode ultrasound video, it is required to solve the above problem.

상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 웨이블릿 변환과 정규화 에지 맵에 근거한 에지 적응 필터를 이용하여 에지를 강화하고 스페클 노이즈를 줄일 뿐만 아니라 에지 주변부에서 번쩍거림 현상을 억제할 수 있는 초음파 영상의 화질 개선 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention utilizes an edge adaptive filter based on wavelet transform and normalized edge map to enhance the edges, reduce the speckle noise, and reduce the glare around the edges. Provide ways to improve.

본 발명에 따른 초음파 영상의 처리 방법은, a) 초음파 영상을 1 레벨 웨이블릿(Wavelet) 분해하는 단계; b) 상기 웨이블릿 분해된 영상의 각 픽셀에서의 접선 방향 및 법선 방향의 고유값을 이용하여 가중 에지 맵을 추출하는 단계; c) 상 기 단계 a) 내지 단계 b)를 N 레벨까지 실시하는 단계-N은 임의의 양의 정수-; d) 상기 가중 에지 맵에서 독립된 에지를 제거하는 단계; e) 상기 가중 에지 맵에서 각 에지의 픽셀값에 따라 서로 다른 가중치를 적용하여 적응 필터링을 하는 단계; f) 상기 적응 필터링된 웨이블릿 분해 영상을 웨이블릿 합성하는 단계; 및 g) 상기 웨이블릿 분해 영상의 웨이블릿 레벨이 1이 될 때까지 상기 단계 e) 내지 단계 f)를 반복하는 단계를 포함한다.According to the present invention, there is provided a method of processing an ultrasound image, the method comprising: a) decomposing an ultrasound image by one level wavelet; b) extracting a weighted edge map using the eigenvalues of the tangential and normal directions in each pixel of the wavelet-decomposed image; c) performing steps a) to b) to the N level, wherein N is any positive integer; d) removing independent edges from the weighted edge map; e) adaptive filtering by applying different weights according to pixel values of each edge in the weighted edge map; f) wavelet synthesizing the adaptive filtered wavelet decomposition image; And g) repeating the steps e) to f) until the wavelet level of the wavelet decomposition image becomes 1.

도 1은 본 발명에 따른 초음파 영상의 화질 개선 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 1을 참조하며, 원(original) 초음파 영상에 대해 1 레벨 웨이블릿 변환 (Wavelet transform) 을 통하여 다중 해상도를 가지는 복수의 영상을 얻는다(S110). 여기서, 원 초음파 영상을 저역 통과 필터(low pass filter)에 통과시키고 다운 샘플링(downsampling)하여 근사 계수(approximation coefficient)를 얻는다. 이렇게 얻어진 근사 계수로 이루어진 근사 영상(approximation image)의 구조 텐서(structure tensor)를 이용하여 에지를 추출하여 가중 에지맵(weighted edge map)을 생성한다(S120). 웨이블릿 변환 및 에지 추출은 웨이블릿 레벨이 N 레벨이 될 때까지 반복하여 실시한다(S130). 여기서, N은 임의의 양의 정수이다.1 is a flowchart illustrating a method of improving image quality of an ultrasound image according to the present invention. Referring to FIG. 1, a plurality of images having multiple resolutions are obtained through a one-level wavelet transform on an original ultrasound image (S110). Here, an original ultrasound image is passed through a low pass filter and downsampled to obtain an approximation coefficient. A weighted edge map is generated by extracting an edge using a structure tensor of an approximation image having the approximation coefficient thus obtained (S120). Wavelet transform and edge extraction are repeatedly performed until the wavelet level becomes N level (S130). Where N is any positive integer.

이하, 근사 영상에서 에지를 추출하는 방법에 대해서 자세히 설명한다. 웨이블릿 변환하여 얻은 근사 영상에서 에지 정보를 추출하기 위해서 근사 영상 내 모든 픽셀의 경사도(gradient)를 이용하여 구조행렬을 구한다. 이렇게 구해진 구조행렬을 고유값 분해(eigenvalue decomposition)하여 근사 영상의 각 픽셀에서 고유값 2개를 계산한다. 계산된 두 고유값의 차이를 기준으로 영상에서 에지 정보를 추출 한다. 이하, 구조 텐서를 이용하여 에지 정보를 추출하는 과정에 대해서 자세히 설명한다. 예를 들어, j레벨로 웨이블릿 분해된 근사 영상에서 임의의 픽셀 aj(x,y)의 구조 텐서(Sρ)는 다음 수학식1과 같이 표현될 수 있다.Hereinafter, a method of extracting an edge from an approximate image will be described in detail. In order to extract the edge information from the approximated image obtained by the wavelet transform, a structural matrix is obtained by using the gradients of all pixels in the approximated image. The eigenvalue decomposition of the structure matrix thus obtained calculates two eigenvalues at each pixel of the approximate image. Edge information is extracted from the image based on the calculated difference between two eigenvalues. Hereinafter, a process of extracting edge information using a structure tensor will be described in detail. For example, the structural tensor S ρ of an arbitrary pixel a j (x, y) in the wavelet-decomposed approximation image at j level may be expressed by Equation 1 below.

Figure 112007017437676-PAT00001
Figure 112007017437676-PAT00001

여기에서,

Figure 112007017437676-PAT00002
이고,
Figure 112007017437676-PAT00003
는 텐서곱(tensor product)을 나타내며,
Figure 112007017437676-PAT00004
는 컨볼류션(convolution)을 나타내고,
Figure 112007017437676-PAT00005
는 다음과 수학식2와 같이 정의되는 2차원 가우시안(Gaussian) 함수이다.From here,
Figure 112007017437676-PAT00002
ego,
Figure 112007017437676-PAT00003
Represents the tensor product,
Figure 112007017437676-PAT00004
Represents convolution,
Figure 112007017437676-PAT00005
Is a two-dimensional Gaussian function defined as in Equation 2 below.

Figure 112007017437676-PAT00006
Figure 112007017437676-PAT00006

구조텐서

Figure 112007017437676-PAT00007
에 대하여 고유값 분해를 하면 수학식3과 같은 식을 얻을 수 있다.Structural tensor
Figure 112007017437676-PAT00007
When eigenvalue decomposition is given, Equation 3 can be obtained.

Figure 112007017437676-PAT00008
Figure 112007017437676-PAT00008

여기에서 ν1, ν2 는 각각 에지와 평행한 방향과 수직인 방향의 고유벡터(eigen vector)이며, μ1, μ2 는 각 고유벡터의 크기인 고유값(eigen value)을 나타낸다. 이 고유값들은 고유벡터 방향의 픽셀값들의 평균을 나타낸다.Here, ν 1 and ν 2 are eigen vectors in a direction parallel to the edge and in a direction perpendicular to each other, and μ 1 and μ 2 each represent an eigen value that is the size of each eigenvector. These eigenvalues represent the average of the pixel values in the eigenvector direction.

에지 영역에서는 고유값의 차이가 크게 나타나기 때문에 이 고유값 정보를 이용하여 각 픽셀의 에지 정보를 추출할 수 있다. j레벨로 웨이블릿 분해된 근사 영상에서 각 픽셀이 에지에 속할 확률을 나타내는 가중 에지맵(

Figure 112007017437676-PAT00009
)을 다음의 수학식4와 같이 정의할 수 있다.Since the difference in the eigenvalues is large in the edge region, the edge information of each pixel can be extracted using the eigenvalue information. A weighted edgemap that represents the probability that each pixel belongs to an edge in the wavelet-decomposed approximation image at j-level (
Figure 112007017437676-PAT00009
) Can be defined as in Equation 4 below.

Figure 112007017437676-PAT00010
Figure 112007017437676-PAT00010

여기에서 Tj는 에지의 비율을 조절하기 위한 문턱값(threshold)을 나타낸다. 수학식4에서 |μ12|가 크면 해당 픽셀이 에지에 속할 확률이 높고, 반대로 |μ12|가 0 에 가까울수록 해당 픽셀이 에지가 아닌 스페클이나 균질(homogeneous)한 영역에 속할 확률이 높다. 도 2는 실제 초음파 영상에서 계산 가중 에지맵을 3차원 영상으로 나타낸 것이다. 도 2에서 보이는 바와 같이, 에지와 균질한 영역 사이에 다양한 값이 존재하는 것을 알 수 있다.Here, T j represents a threshold for adjusting the ratio of the edge. In Equation 4, if | μ 12 | is large, the probability that the pixel belongs to the edge is high, and conversely, the closer | μ 12 | is to 0, the more speckle or homogeneous the pixel is. Highly likely to belong to the area. FIG. 2 illustrates a computationally weighted edge map as a 3D image in an actual ultrasound image. As shown in FIG. 2, it can be seen that there are various values between the edge and the homogeneous area.

한편, 도 2에 도시된 가중 에지맵을 살펴보면 독립된 형태의 작은 에지 성분들을 관찰할 수 있다. 이런 독립된 에지 성분들이 스페클이나 균질한 영역 내에서 반짝거리는 현상을 유발하는 주요 원인으로 작용하기 때문에 독립된 에지 성분들에 대한 가중치를 낮출 필요가 있다. 이를 위해 중간값 필터나 평균값 필터와 같은 저주파 통과 필터를 적용한다(S140). 도 3은 가중 에지맵에 중간값 필터를 적용한 결과의 영상을 나타낸 것이다. 도 3에서 픽셀값이 큰 부분은 확실한 에지로 판단된 부분이다. 도 3에서 확실한 에지 부분의 경계를 유지한 채로 독립된 에지 성분들의 가중치가 낮아진 것을 관찰할 수 있다.Meanwhile, looking at the weighted edge map shown in FIG. 2, small edge components of independent shapes may be observed. Since these independent edge components act as the main cause of sparkling in the speckle or homogeneous area, it is necessary to lower the weight for the independent edge components. To this end, a low pass filter such as an intermediate value filter or an average value filter is applied (S140). 3 illustrates an image of a result of applying a median filter to a weighted edge map. In FIG. 3, a portion having a large pixel value is a portion determined to be a certain edge. It can be seen in FIG. 3 that the weights of the independent edge components are lowered while maintaining the boundaries of certain edge portions.

계속해서, 본 발명의 실시예에 따라 에지 강화와 스페클 저감, 그리고 동영상 관찰 시 독립된 에지로 인한 반짝거림 현상을 완화하기 위하여 에지 향상 필터와 스페클 저감 필터를 통합한 적응 필터를 N 레벨로 웨이블릿 분해된 영상에 가중 에지맵을 고려하여 적용함으로써 에지는 선명하게 만들고 스페클 잡음은 줄인다(S150).Subsequently, according to an embodiment of the present invention, an adaptive filter incorporating an edge enhancement filter and a speckle reduction filter is waveleted to an N level in order to alleviate edge enhancement, speckle reduction, and sparkling due to independent edges during video observation. By applying the weighted edge map to the decomposed image, the edges are made clear and the speckle noise is reduced (S150).

이하, 본 발명에 따른 적응 필터링 방법에 대해서 자세히 설명한다. 본 발명에 따른 적응 필터 방법은 가중 에지맵의 임의의 픽셀값(

Figure 112007017437676-PAT00011
)에 가중되는 가중치(
Figure 112007017437676-PAT00012
)가 1에 가까울수록 그 픽셀는 에지에 포함되어 있을 확률이 높아지므로 이때에는 에지를 상대적으로 많이 강조하고 스페클 저감 효과를 작게 한다. 반대로, 가중치(
Figure 112007017437676-PAT00013
)가 0에 가까울수록 그 픽셀이 스페클 영역 또는 균질한 영역에 포함되어 있을 확률이 높아지므로 에지를 상대적으로 적게 강조하고 스페클 저감 필터의 영향력을 높인다.Hereinafter, the adaptive filtering method according to the present invention will be described in detail. The adaptive filter method according to the present invention provides an arbitrary pixel value of the weighted edge map (
Figure 112007017437676-PAT00011
Weighted to
Figure 112007017437676-PAT00012
The closer to) is, the higher the probability that the pixel is included in the edge, so that the edges are emphasized relatively much and the speckle reduction effect is small. Conversely, weights (
Figure 112007017437676-PAT00013
The closer to) is, the higher the probability that the pixel is in the speckle region or homogeneous region, thus emphasizing the edge less and increasing the impact of the speckle reduction filter.

도 4에 도시된 바와 같이, 구조 텐서의 고유 벡터 ν1는 에지와 법선 방향의 벡터이며 ν2는 에지와 접선 방향의 벡터를 나타낸다. 두 벡터의 크기가 모두 1이라고 한다면 실제 구현 시 해당하는 영상의 좌표는 정수가 아니라 실수 값이기 때문에 해당지점의 밝기값의 결정시 주변 정수 지점의 값을 이용하는 양방향 선형 보간법을 사용하여 구할 수 있다.As shown in Fig. 4, the eigenvector ν 1 of the structural tensor is a vector of the edge and the normal direction and ν 2 represents a vector of the edge and the tangential direction. If the size of both vectors is 1, the coordinates of the image in real implementation are not real numbers but real values, so they can be obtained using bidirectional linear interpolation using the values of integer points around them.

도 4는 에지에서 고유벡터와 방향성을 이용하여 인접 픽셀값의 선형 보간 방법을 보여준다. 도 4에서 T1, T2는 에지와 접선 방향의 인접 픽셀값이며 N1, N2는 에지와 법선 방향의 인접 픽셀값이다. 이 픽셀값들을 이용하여 경계의 접선 방향으로 방향성 평활화(directional smoothing)에 의하여 연속성을 높여주고, 법선 방향으로 방향성 선명화(directional sharpening)에 의하여 경계를 선명하게 할 수 있으며, 이는 다음의 수학식5와 같이 근사 계수(근사 영상의 픽셀값,

Figure 112007017437676-PAT00014
)에 대한 적응 필터링으로 나타낼 수 있다.4 shows a linear interpolation method of adjacent pixel values using eigenvectors and directionality at an edge. In FIG. 4, T 1 and T 2 are adjacent pixel values in the tangential direction to the edge, and N 1 and N 2 are adjacent pixel values in the edge and normal direction. Using these pixel values, the continuity can be enhanced by directional smoothing in the tangential direction of the boundary, and the boundary can be sharpened by directional sharpening in the normal direction. Approximation coefficient (such as
Figure 112007017437676-PAT00014
) Can be represented by adaptive filtering.

Figure 112007017437676-PAT00015
Figure 112007017437676-PAT00015

수학식5의 의미는 접선 방향으로는 저역 통과 필터를 법선 방향으로는 고역 통과 필터를 적용하는 것이다. 여기서,

Figure 112007017437676-PAT00016
는 적응 필터링을 실시한 픽셀 값이며,
Figure 112007017437676-PAT00017
는 적응 필터링을 실시하기 전의 픽셀값이다. α는 방향성 평활화의 필터 계수로서
Figure 112007017437676-PAT00018
이고, β는 방향성 선명화의 필터 계수를 나타낸다. 여기서, k는 방향성 평활화의 정도를 조절하는 상수이다. 그리고 j레벨로 웨이블릿 변환과정에서 고역 통과 필터 및 다운샘플링을 통하여 얻은 상세 계수(detail coefficient)로 이루어진 상세 영상의 픽셀값(
Figure 112007017437676-PAT00019
)에 대해서는 수학식6과 같은 필터링 과정을 수행한다.The meaning of Equation 5 is to apply a low pass filter in the tangential direction and a high pass filter in the normal direction. here,
Figure 112007017437676-PAT00016
Is the pixel value with adaptive filtering.
Figure 112007017437676-PAT00017
Is the pixel value before performing adaptive filtering. α is the filter coefficient of the directional smoothing
Figure 112007017437676-PAT00018
Is a filter coefficient for directional sharpening. Where k is a constant for adjusting the degree of directional smoothing. The pixel value of the detailed image including the detail coefficients obtained through the high pass filter and the downsampling during the wavelet transform to the j level (
Figure 112007017437676-PAT00019
), The filtering process as in Equation 6 is performed.

Figure 112007017437676-PAT00020
Figure 112007017437676-PAT00020

여기에서,

Figure 112007017437676-PAT00021
,
Figure 112007017437676-PAT00022
이며, l1 및 l2는 방향성 선명화를 결정하는 상수이고, λn은 웨이블릿 수축(shrinkage) 정도를 결정하는 상수이다. 상세 영상의 경우 에지 방향으로 평활화 필터를 적용하여 에지의 연속성을 높인다. 그러나
Figure 112007017437676-PAT00023
인 픽셀에서는 에지 선명화 필터의 영향으로 스페클 잡음의 영향이 상대적으로 커져서 오히려 잡음을 증가시킬 우려가 있기 때문에 l1보다 작은 l2를 적용하여 방향성 선명화의 정도를 감소시킨다. 스페클이 상세 영역에서 많이 관찰되므로 스페클에 해당되는 고주파 성분에 λ를 곱하여 수축시킴으로써 스페클 잡음을 줄일 수 있다. 수학식6에 나타나는 바와 같이, 스페클 저감 필터에서 웨이블릿 계수를 수축시키는 상수 λ가 0으로 가까워질수록 웨이블릿 계수가 지나치게 작아지기 때문에 특정한 값 이하에서는 수축 상수 λ를 일정하게 유지하도록 한다.From here,
Figure 112007017437676-PAT00021
,
Figure 112007017437676-PAT00022
L 1 and l 2 are constants for determining directional sharpening, and λ n is a constant for determining the degree of wavelet shrinkage. In the case of a detailed image, a smoothing filter is applied in the edge direction to increase edge continuity. But
Figure 112007017437676-PAT00023
In in-pixel, the effect of the speckle noise is relatively increased due to the edge sharpening filter, which may increase the noise. Therefore, l 2 smaller than l 1 is applied to reduce the degree of directional sharpening. Since the speckle is observed in the detail region, the speckle noise can be reduced by multiplying the high frequency component corresponding to the speckle by λ. As shown in Equation 6, since the wavelet coefficient becomes too small as the constant lambda shrinking the wavelet coefficient approaches zero in the speckle reduction filter, the shrinkage constant lambda is kept constant below a specific value.

본 발명의 실시예에서 필터의 가중치는 감마 함수와 단조증가 함수에 의해 결정된다. 이때, k, l1, l2, λn이 고정되었을 경우, 에지(Wj(x,y)=1인 경우)영역에 영향을 주지 않고 에지일 확률이 낮은 영역에서의 필터 성능을 변화시킬 수 있다.In the embodiment of the present invention, the weight of the filter is determined by the gamma function and the monotonic increase function. At this time, if k, l 1 , l 2 , and λ n are fixed, the filter performance may be changed in a region where the edge probability is low without affecting the edge region (when W j (x, y) = 1). Can be.

필터링의 가중치(

Figure 112007017437676-PAT00024
)는 수학식7과 같이 감마 함수(gamma function, f1(x))와 단조 증가 함수(monotonic increase function, f2(x))로 정의된다.The weight of the filtering (
Figure 112007017437676-PAT00024
) Is defined as a gamma function (f 1 (x)) and a monotonic increase function (f 2 (x)).

Figure 112007017437676-PAT00025
Figure 112007017437676-PAT00025

감마 함수 및 단조 증가 함수의 출력은

Figure 112007017437676-PAT00026
의 값에 따라 변할 수 있다.The output of the gamma function and monotonic increment function
Figure 112007017437676-PAT00026
It can vary depending on the value of.

도 5는 감마 함수와 선형 증가 함수에 의한 가중치의 변환을 각각 보여주는 그래프이다. 특히, 도 5는

Figure 112007017437676-PAT00027
값에 따른 감마 함수와 단조 증가 함수의 변화를 나타낸 그래프이다. 감마함수에서
Figure 112007017437676-PAT00028
가 1보다 커질수록 에지외의 영역에서 방향성 필터의 영향이 커지게 된다. 반대로 1보다 작은 경우에는 방향성 필터의 영향력이 감소하게 된다. 단조 증가 함수에서는
Figure 112007017437676-PAT00029
의 값을 0보다 큰 값을 줌으로써 스페클 영역에서의 방향성 필터의 영향을 크게 할 수 있다.5 is a graph showing conversion of weights by a gamma function and a linear increase function, respectively. In particular, Figure 5
Figure 112007017437676-PAT00027
It is a graph showing the change of gamma function and monotonic increase function according to the value. In gamma function
Figure 112007017437676-PAT00028
If is greater than 1, the influence of the directional filter in the region other than the edge becomes larger. On the contrary, if it is less than 1, the influence of the directional filter is reduced. In the monotonic increment function
Figure 112007017437676-PAT00029
By giving the value of 0 to a value greater than 0, the influence of the directional filter in the speckle region can be increased.

도 6은 방향성 필터링에서 접선 방향으로 사용된 필터의 정규화된 주파수 응 답을 보여주는 그래프이며, 도 7은 방향성 필터링에서 법선 방향으로 사용된 필터의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다. 도 6과 7에서 볼 수 있듯이 α가 일정할 때 가중치(

Figure 112007017437676-PAT00030
)에 따라서 필터의 특성이 변하게 된다.FIG. 6 is a graph showing normalized frequency response of a filter used in the tangential direction in directional filtering, and FIG. 7 is a graph showing the frequency response of the filter used in the normal direction in directional filtering. As can be seen in Figures 6 and 7, when α is constant, the weight (
Figure 112007017437676-PAT00030
), The filter characteristics change.

계속해서, 이렇게 적응 필터링을 거친 N 레벨 영상으로부터 (l-1) 레벨 영상을 합성하는데(S160), 이 같은 과정을 웨이블릿 레벨 l이 1이 될 때까지 반복한다(S170).Subsequently, (l-1) the level image is synthesized from the N-level image subjected to the adaptive filtering (S160). This process is repeated until the wavelet level l becomes 1 (S170).

도 8 내지 도 11은 각각 실험에 사용된 간 및 태아 영상 시퀀스에 원 영상과 처리 후의 영상 한 장씩을 나타낸 것이다. 도면을 각각 비교해 보면 처리된 영상의 에지 부분은 또렷해지고 에지 주변의 잡음 성분이 억제된 것을 알 수 있다. 또한 균질한 영역에 있던 스페클 잡음은 상당히 억제된 것을 알 수 있다. 또한 동영상을 살펴 보면 에지의 반짝거림 현상이 많이 줄어든 것을 확인할 수 있었다.8 to 11 show the original images and the processed images one by one in the liver and fetal image sequences used in the experiment, respectively. Comparing the drawings, it can be seen that the edge portion of the processed image is clear and the noise component around the edge is suppressed. It can also be seen that the speckle noise in the homogeneous region is significantly suppressed. Also, if you look at the video, you can see that the edges are much less shiny.

본 발명이 바람직한 실시예를 통해 설명되고 예시되었으나, 당업자라면 첨부한 청구 범위의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 여러 가지 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.While the present invention has been described and illustrated by way of preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the appended claims.

전술한 바와 같이, 본 발명은 에지 적응 필터를 사용하여 에지는 강화하고 주변부의 잡음 성분은 억제하여 개선된 화질의 초음파 영상을 얻을 수 있다. 특히 본 발명에 따른 영상 처리 방법을 초음파 동영상에 적용하였을 때 각 프레임의 지역적인 명암차로 인한 에지 주변부의 반짝거림 현상을 억제함으로써 주관적으로 향 상된 화질을 얻을 수 있었다.As described above, according to the present invention, an edge-adaptive filter can be used to enhance an edge and suppress noise components at the periphery, thereby obtaining an ultrasound image having improved image quality. In particular, when the image processing method according to the present invention is applied to an ultrasonic video, subjective improvement of image quality can be obtained by suppressing a sparkling phenomenon around the edge due to the local contrast difference of each frame.

Claims (8)

a) 초음파 영상을 1 레벨 웨이블릿(Wavelet) 분해하는 단계;a) decomposing the ultrasound image by one level wavelet; b) 상기 웨이블릿 분해된 영상의 각 픽셀에서의 접선 방향 및 법선 방향의 고유값을 이용하여 가중 에지 맵을 추출하는 단계;b) extracting a weighted edge map using the eigenvalues of the tangential and normal directions in each pixel of the wavelet-decomposed image; c) 상기 단계 a) 내지 단계 b)를 N 레벨까지 실시하는 단계-N은 임의의 양의 정수-;c) performing steps a) to b) to the N level, where N is any positive integer; d) 상기 가중 에지 맵에서 독립된 에지를 제거하는 단계;d) removing independent edges from the weighted edge map; e) 상기 가중 에지 맵에서 각 에지의 픽셀값에 따라 서로 다른 가중치를 적용하여 적응 필터링을 하는 단계;e) adaptive filtering by applying different weights according to pixel values of each edge in the weighted edge map; f) 상기 적응 필터링된 웨이블릿 분해 영상을 웨이블릿 합성하는 단계; 및f) wavelet synthesizing the adaptive filtered wavelet decomposition image; And g) 상기 웨이블릿 분해 영상의 웨이블릿 레벨이 1이 될 때까지 상기 단계 e) 내지 단계 f)를 반복하는 단계g) repeating steps e) to f) until the wavelet level of the wavelet decomposition image is 1; 를 포함하는 초음파 영상의 처리 방법.Ultrasonic image processing method comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 b) 단계는,B), b1) 상기 분해된 영상의 각 픽셀의 경사도(gradient)를 이용하여 구조텐서를 구하는 단계;b1) obtaining a structural tensor using gradients of each pixel of the decomposed image; b2) 상기 구조텐서에 대해서 고유값 분해를 통하여 각 픽셀에서의 접선 방향 및 법선 방향의 고유값을 계산하는 단계; 및b2) calculating eigenvalues in the tangential and normal directions at each pixel through eigenvalue decomposition for the structural tensor; And b3) 상기 접선 방향 및 법선 방향의 고유값 차의 절대값이 문턱값 이상이면 에지의 픽셀값을 "1"로 정의하고, 상기 고유값 차의 절대값이 문턱값보다 작으면 상기 고유값 차의 절대값을 상기 문턱값으로 나눈 값으로 정의하여 상기 가중 에지 맵을 추출하는 단계b3) If the absolute value of the eigenvalue difference in the tangential direction and the normal direction is greater than or equal to the threshold, the pixel value of the edge is defined as "1". Extracting the weighted edge map by defining an absolute value divided by the threshold value; 를 포함하는 초음파 영상의 처리 방법.Ultrasonic image processing method comprising a. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 단계 d)는 상기 c) 단계에서 추출된 에지에 대해서 저역 통과 필터를 적용하여 상기 독립된 에지를 제거하는 초음파 영상의 처리 방법.Step d) is a method of processing the ultrasound image to remove the independent edge by applying a low pass filter to the edge extracted in step c). 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 저역 통과 필터는 평균값 필터 또는 중간값 필터인 초음파 영상의 처리 방법.And the low pass filter is an average filter or a median filter. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 e) 단계에서 상기 가중치는 상기 가중 에지맵에서 각 에지의 픽셀값을 입력으로 하는 감마 함수 또는 단조 증가 함수에 의해서 결정되는 초음파 영상의 처리 방법.And in step e), the weight is determined by a gamma function or a monotonically increasing function that inputs pixel values of each edge in the weighted edge map. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 e) 단계는,Step e), e1) 상기 결정된 가중치를 적용하여 상기 웨이블릿 분해 영상을 접선 방향으로 저역 통과 필터를 실시하는 단계; 및e1) performing a low pass filter in a tangential direction on the wavelet decomposition image by applying the determined weight value; And e2) 상기 결정된 가중치를 적용하여 상기 웨이블릿 분해 영상에 법선 방향으로 고역 통과 필터를 적용하는 단계e2) applying a high pass filter in a normal direction to the wavelet decomposition image by applying the determined weight value 를 포함하는 초음파 영상의 처리 방법.Ultrasonic image processing method comprising a. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 e) 단계는, 다음의 수학식으로 표현되는 처리를 수행하는 초음파 영상의 처리 방법.In the step e), the ultrasound image processing method performing a process represented by the following equation. (수학식)(Mathematical formula)
Figure 112007017437676-PAT00031
Figure 112007017437676-PAT00031
여기서,
Figure 112007017437676-PAT00032
는 적응 필터링을 실시한 픽셀 값이며,
Figure 112007017437676-PAT00033
는 적응 필터링전의 픽셀값, α는 방향성 평활화의 필터 계수로서,
Figure 112007017437676-PAT00034
이고, β는 방향성 선명화의 필터 계수
Figure 112007017437676-PAT00035
는 가중치, k는 방향성 평활화의 정도를 조절하는 상수이며, T1, T2는 에지와 접선 방향의 인접 픽셀값이고 N1, N2는 에지와 법선 방향으로 인접한 픽셀값이다.
here,
Figure 112007017437676-PAT00032
Is the pixel value with adaptive filtering.
Figure 112007017437676-PAT00033
Is the pixel value before adaptive filtering, and α is the filter coefficient of directional smoothing,
Figure 112007017437676-PAT00034
Β is the filter coefficient of the directional sharpening
Figure 112007017437676-PAT00035
Are weights, k is a constant controlling the degree of directional smoothing, T 1 , T 2 are adjacent pixel values in the tangential direction to the edge, and N 1 , N 2 are pixel values adjacent in the direction normal to the edge.
제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 e) 단계는 스페클 노이즈를 줄이는 단계를 더 포함하는 초음파 영상의 처리 방법.The step e) further comprises the step of reducing the speckle noise.
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