一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法和系统

技术领域

本发明涉及肺部CT技术领域，更具体的说，特别涉及一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法和系统。

背景技术

低剂量CT在实际应用中，减少X-射线发射管电流强度是其主要减少辐射剂量的方法。但是减少电流强度之后探测器端经常会出现的成像细节受损的现象。目前，针对这个问题，传统的空域增强算法与频域增强算法存在着诸多局限性，比如图像细节的丢失，噪声部分未得到有效抑制等，在很大程度上会影响最终增强的效果。

因此，现有技术存在的问题，有待于进一步改进和发展。

发明内容

（一）发明目的：为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种利用局部图像的自相似特点，把低剂量肺部CT多尺度图像的有效细节提取和增强的方法和系统。

（二）技术方案：为了解决上述技术问题，本技术方案提供一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法，包括以下步骤，

S1、获取肺部CT图像的原始图像；

S2、对原始图像进行等比例缩放，得到对应比例的缩小图像；

S3、对各个缩小图像中的每个细节进行提取，获取每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像；

S4、将每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像进行高频补偿，得到每个缩小图像中各个细节对应的高频细节图像；

S5、把得到每个缩小图像中各个细节对应的高频细节图像，累加到原始图像上完成细节增强，得到细节增强后的目标CT图像。

所述一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法，其中，所述步骤S2中，对原始图像的等比例缩放包括三个尺度空间的缩小，分别是3:2，2:1，4:1。

所述一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法，其中，所述步骤S4包括以下步骤，

S41、将缩小图像中每个细节的局部窗口图像，对应原始图像相应的坐标点，在原始图像窗口区域中用自相似度量标准搜索与缩小图像中每个细节局部窗口图像最相似的子块位置；

S42、取出原始图像中与缩小图像中每个细节对应局部窗口图像最相似子块位置对应的高频图像子块；

S43、将每个高频图像子块对应添加到每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像上，完成每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像的高频细节提取，得到缩小图像中该细节对应的高频细节图像。

所述一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法，其中，缩小的相应尺度图像中局部窗口图像的细节，包含了对应原始图像相应坐标点的原始窗口相应尺度的图像细节。

所述一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法，其中，所述步骤S41中自相识度量标准在度量高低分辨率图像块相似度时，用优化的十字线型绝对误差算法，将高低分辨图像绝对值差最小值的位置作为最佳匹配，如式：

式中：

所述一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法，其中，所述步骤S43中高频图像子块与对应细节的局部窗口图像采用局部方差加权融合细节，得到缩小图像中该细节对应的高频细节图像，如式：

式中：

所述一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法，其中，包括图像获取单元、图像缩放单元、细节提取单元、细节补偿单元和图像融合单元，

所述图像获取单元获取肺部CT图像的原始图像；

所述图像缩放单元对原始图像进行等比例缩放，得到对应比例的缩小图像；

所述细节提取单元对各个缩小图像中的每个细节进行提取，获取每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像；

所述细节补偿单元将每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像进行高频补偿，得到每个缩小图像中各个细节对应的高频细节图像；

所述图像融合单元把得到每个缩小图像中各个细节对应的高频细节图像，累加到原始图像上完成细节增强，得到细节增强后的目标CT图像。

所述一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法，其中，所述细节补偿单元获取每个缩小图像中各个细节对应的高频细节图像具体包括，

将缩小图像中每个细节的局部窗口图像，对应原始图像相应的坐标点，在原始图像窗口区域中用自相识度量标准搜索与缩小图像中每个细节局部窗口图像最相似的子块位置；

取出原始图像中与缩小图像中每个细节对应局部窗口图像最相似子块位置对应的高频图像子块；

将每个高频图像子块对应添加到每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像上，完成每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像的高频细节提取，得到缩小图像中该细节对应的高频细节图像。

所述一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法，其中，所述细节补偿单元用自相似度量标准，搜索与缩小图像中每个细节局部窗口图像最相似的子块位置时，用优化的十字线型绝对误差算法，将高低分辨图像绝对值差最小值的位置作为最佳匹配，如式：

式中：

所述一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法，其中，所述细节补偿单元对高频图像子块与对应细节的局部窗口图像采用局部方差加权融合细节，得到缩小图像中该细节对应的高频细节图像，如式：

式中：

（三）有益效果：本发明提供一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法和系统从图像局部自相似理论出发，利用局部图像的自相似特点，把多尺度的图像有效细节提取和增强，达到去除噪声，提高图像信息量的目的，有效的增强低剂量肺部CT图像的细节，从而提高肺部癌症诊断准确率。

附图说明

图1是本发明一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法一个优选实施例的算法流程示意图；

图2是本发明一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法步骤示意图；

图3是本发明一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法和系统细节增强前肺部CT图像；

图4是本发明一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法和系统细节增强后肺部CT图像。

具体实施方式

下面结合优选的实施例对本发明做进一步详细说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

附图是本发明的实施例的示意图，需要注意的是，此附图仅作为示例，并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明的实际要求保护范围构成限制。

本发明应用于CT中X射线图像的细节增强，相比于普通图像：CT图像X射线图像，为黑白图像，细节少，而普通图像是可见光波段成像，彩色，细节多，两者图像特性完全不一样，因此常用的普通图像细节增强不适用CT图像X射线图像，因此，本发明提出了本方案。

下面结合本发明提供的一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法和系统一个优选的实施例进行详细说明。

本发明以单尺度局部自相似细节提取算法为核心，对不同的尺度细节做提取，然后叠加到原始图像上，通过局部自相似细节提取算法可以有效提取各个尺度细节，并且对细节进行局部累加滤波，最后统一通过权值计算叠加到原始图像。

具体步骤如下：

图像获取单元获取肺部CT图像的原始图像。

图像缩放单元将原始图像进行三个尺度空间的缩小，分别是3:2，2:1，4:1，代表0.75尺度，0.5尺度，0.25尺度。由于肺部CT图像对小细节关注较多，所以缩小最小也就是最大细节尺度为4:1，对于其他应用，可以针对关注的细节尺度调整缩小比例。

细节提取单元对缩小后的各个尺度图像做细节提取，获取每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像。

细节补偿单元使用自相似对每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像进行高频补偿。

具体操作是：

将缩小图像中每个细节的局部窗口图像如3*3，对应原始图像相应的坐标点，在原始图像窗口区域中（如5*5）用自相似度量标准搜索，与缩小图像中每个细节局部窗口图像最相似的子块位置；

取出原始图像中与缩小图像中，每个细节对应局部窗口图像最相似子块位置对应的高频图像子块；

将每个高频图像子块对应添加到每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像上，完成每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像的高频细节提取，得到缩小图像中该细节对应的高频细节图像。

对应原始图像相应坐标点的原始窗口相应尺度的图像细节，包含了缩小的相应尺度图像中局部窗口图像的细节，也可以说，缩小的相应尺度图像中局部窗口图像的细节，包含了对应原始图像相应坐标点的原始窗口相应尺度的图像细节。

对每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像进行高频补偿的操作，需要保证所有细节的局部窗口图像都实现高频补偿。

完成三个缩小图像所有细节的局部窗口图像高频补偿，即获得每个缩小图像中各个细节的局部窗口图像对应的高频细节图像后，图像融合单元把得到每个缩小图像中各个细节对应的高频细节图像，通过权值累加到原始图像上完成细节增强，得到细节增强后的目标CT图像。

高频细节图像与原图像采用直接同样位置像素灰度直接相加的方式。

由于图像间共性越多、差异越少，图像相似性程度越高。因此，共性和差异性是图像之间相似性度量的基本指标。图像相似性一般通过对表征图像信息的颜色、纹理、结构等特征进行相似度指标计算来现。本发明在度量高低分辨率图像块相似度时，采用了优化的十字线型绝对误差算法，将高低分辨图像绝对值差最小值的位置作为最佳匹配，如式：

式中：

通过上述基于特征的局部自相似性完成各个尺度的细节提取后，由于提取的各尺度细节在同一个局部图像块上会有相互重叠，如果直接累加融合，会造成重叠细节的重影，所以为了避免重影，提高算法细节增强精准度，对各个尺度提取的细节采用局部方差加权融合细节，局部方差越大，权重越大，融合细节比重越大，局部方差小的细节，权重小，融合细节比重小，避免了细节的重复融合，并且局部方差小的细节包含较多的噪声图像，通过加权融合同时避免了引进图像噪声。具体如式：

式中：

如图3、图4所示，经过本发明的低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法和系统对低剂量肺部CT细节进行增强前后，可以看出，原始低剂量肺部 CT 图像对比度较低，图像细节未能很好的展示出来，图像像是被蒙上了一层灰色蒙版，而经过本文图像增强处理后，图像亮度、对比度与清晰度等信息都有了很大的提升，对原图中看不清的肺内细节部分，都能够得到很大程度的纹理恢复。

一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法还包括，显示单元显示细节增强后的目标CT图像。

所述显示单元包括配置模块、创建模块和查找模块。所述配置模块根据接收到的目标CT图像中线条的位置，对目标CT图像显示管线开关进行配置。所述的低剂量肺部CT图像多尺度细节增强系统包括显示管线对应显示位置对照表，所述配置模块将目标CT图像中线条位置，根据显示管线对应显示位置对照表，选择目标CT图像线条对应的显示管线，并将对应的显示管线开关配置为打开。

所述的低剂量肺部CT图像多尺度细节增强系统包括CT图像不同疾病的图像块，例如支气管炎、胸膜的局限性增厚、胸腔积液等不同状态的图像块；以及不同疾病对应的渲染方式，所述渲染方式包括原图着色加深渲染、原图着色加深并附加原图像块等。

所述创建模块将目标CT图像对照CT图像不同疾病的图像块，创建目标CT图像渲染区域。

所述查找模块根据目标CT图像中渲染区域，在不同疾病对应的渲染方式中进行查找，对应目标CT图像渲染区域对应的渲染方式，并由所述配置模块配置对应渲染管线的开关后，将目标CT图像进行显示。

所述显示单元将目标CT图像进行渲染后进行显示，不仅可以直观的看出问题所在，还可以对原图进行显示，避免了渲染影响医生的诊断。

一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法和系统从图像局部自相似理论出发，利用局部图像的自相似特点，即适当地降低图像的分辨率后得到的图像仍和原图像保持基本相似。然后利用多尺度图像自相似性特点，把多尺度的图像有效细节提取和增强，达到去除噪声，提高图像信息量的目的。经过对比，本发明提出的一种低剂量肺部CT图像多尺度细节增强方法和系统可以有效的增强低剂量肺部CT图像的细节，提高肺部癌症诊断准确率。

以上内容是对本发明创造的优选的实施例的说明，可以帮助本领域技术人员更充分地理解本发明创造的技术方案。但是，这些实施例仅仅是举例说明，不能认定本发明创造的具体实施方式仅限于这些实施例的说明。对本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。