专利名称：一种空间复合成像中的帧相关处理方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声系统中的复合技术，具体涉及一种空间复合成像中的帧相关处理方法及系统。
背景技术：
在B型超声成像中，图像的质量受到斑点噪声、声影、超声失落、混响等影响，这些 因素的产生机理各不相同，如斑点噪声(speckle noise)由成像物中散射子的分布以及它 们到探头的距离等因数综合决定，使图像上出现明暗交替的斑纹；超声失落由于反射角较 大而使回波未能被探头接收，在图像上表现为组织界面的不连续；强回声后面出现暗区即 声影，使其中的细节不能被看清；垂直入射的超声波在探头和声学界面之间形成多次反射 产生伪像(混响)等。复合(compounding)技术常被用于改善超声图像质量，包括空间复 合、频率复合和时间复合。空间复合技术中的多角度空间复合技术通过扫描线的多角度偏转，从不同方向对 目标区域进行回波成像，获得不同偏转角度的组件图像(component image)，这些组件图像 按照一定的方法进行空间复合得到包含多角度信息的复合图像。由于不同角度的入射引起 的斑点噪声具有较弱的相关性，而目标信号则具有较强的相关性，因此多个组件图像复合 计算后目标信号被增强，而斑点噪声则相对减弱，从而提高图像中目标的对比度。由于不同 偏转角度产生的声影和超声失落区域不重叠，通过多角度组件图像复合可以有效降低声影 和超声失落的影响。而混响通常产生在与声束垂直的强反射界面的情况下，通过偏转声束， 使得声束与该反射界面不垂直，从而避免了混响的产生，因此通过多角度组件图像复合就 可以有效的降低混响的影响。由此可见，通过多角度空间复合可以减弱甚至消除这些图像 缺陷，提高B型超声图像的质量。时间复合技术即帧相关技术，因其实现成本较低、且几乎不降低空间分辨率，而被 所有超声成像系统所采用。不同时刻超声图像中的随机噪声不相关，因此通过不同时刻图 像的平均可以有效提高图像信噪比；虽然静止目标产生的斑点噪声不是随机的，但是实际 上人体内组织的运动和超声探头的运动都会改变斑点噪声，因此不同帧超声图像中的斑点 噪声通常也具有较弱的相关性，从而利用多帧图像平均技术同样可以降低斑点噪声的影 响，提高图像的对比分辨率。由上所述，结合空间复合和帧相关的联合复合技术可以进一步的消除或降低斑点 噪声、声影、超声失落、混响等对图像的影响，提高图像质量，然后这种单纯的复合实现方式 也存在一定的问题。一般来说，现有技术中通常在空间复合成像模式下，进行普通B成像的 帧相关，这样做会遇到两个问题第一帧相关的位置必须在空间复合之后进行，否则不同 角度信息没有配准就被叠加到一起，导致图像信息紊乱；第二 如果在空间复合后进行帧 相关，可能会导致图像的不同区域出现明显的边界。因为在空间复合下，复合后图像不同区 域实际更新的帧率不同，如图1，三帧复合的情况下，由于偏转图像的原因复合图像有三个 区域，其中左右是两帧复合的结果，中间是三帧复合的结果，如果对复合后的图像进行帧相关，则左中右三个区域都用了同样相关系数，那么中间区域的帧相关效果就会强于两边的 区域，这样就会造成同一幅图像上不同区域的信噪比及时间分辨率不同，在更多帧数的空 间复合时会在不同区域相邻处产生可见的边界。可见现有技术中存在一定的缺陷，需要进一步地改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间复合成像中的帧相关处理方法及系统，其通过在 空间复合之前增加同角度帧相关处理，避免了单纯空间复合加帧相关所遇到的图像信息紊 舌L、以及图像出现明显边界的问题。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方 案本发明提供了一种空间复合成像中的帧相关处理方法，其包括A、将具有相同偏转角度的组件图像进行帧相关处理；B、利用所述帧相关处理后的组件图像进行空间复合处理，生成复合图像。基于上述方法，本发明还提供了一种空间复合成像系统，包括空间复合成像控制 器、空间复合图像处理器和B信号预处理器，还包括同角度帧相关处理器，用于接收所述 B信号预处理器输出的组件图像，并将具有相同偏转角度的组件图像进行帧相关处理，以及 将帧相关处理后的结果输入至所述空间复合图像处理器中；帧相关系数计算器，用于根据 空间复合成像控制器的相关参数计算帧相关处理时的帧相关系数，并将结果输入至所述同 角度帧相关处理器。发明效果本发明针对单纯的应用空间复合结合帧相关的图像处理方法的不足， 提出在空间复合模式下的帧相关技术及其系统，将帧相关处理置于空间复合之前，并采用 同角度帧相关处理，使得在空间复合之前就预先对不同角度的信息进行同等程度地去噪处 理，然后再叠加到一起，避免图像信息混乱，同时也不会导致图像的不同区域出现明显的边 界。
图1为表示不同偏转角度的组件图像；图2为空间复合计算的示意图；图3为实时复合成像示意图；图4为本发明空间复合成像系统的结构示意图；图5为本发明同角度帧相关处理器的内部实现框图。
具体实施例方式以下将结合附图详细描述本发明的具体实现方式。为了将空间复合和帧相关处理有效的结合，并提高图像质量，本发明提出了一种 新的空间复合成像中的帧相关处理方法，其包括以下步骤首先，将具有相同偏转角度的组件图像进行帧相关处理；然后，利用所述帧相关处 理后的组件图像进行空间复合处理，生成复合图像。这里的组件图像可以是相邻偏转周期 内的同偏转角度的图像，也可以是不相邻偏转周期内的同偏转角度的图像。
从上可见，本发明在空间复合处理之前增加了一步同角度帧的帧相关处理过程， 从而避免了现有技术中存在的，当空间复合与普通帧相关结合时所容易出现的图像信息配 准、图像信息紊乱、以及图像复合后出现明显的边界的问题。将同角度帧相关处理过程置于 空间复合处理之前，则可以预先对不同角度的组件图像进行去噪处理，有效提高图像信噪 比，降低斑点噪声的影响、提高图像的对比分辨率，这样在进行实时空间复合时，因为对不 同区域的去噪处理程度是相同的，不会影响图像的合成质量，不易出现明显的边界。本发明空间复合成像过程中存在以下三个重要的环节第一、偏转成像的控制过程，其可以获得不同偏转角度的组件图像。 偏转成像的目的是配合后面的空间复合处理环节，产生不同扫描偏转角度的组件 图像。偏转成像的产生的不同偏转角度的组件图像如图1所示，图1中c(0，l)表示为未经 偏转的组件图像，c(0，0)表示为向左偏转N度的图像，C(0，2)表示为向右偏转N度的图像。 偏转成像控制根据不同的空间复合档位决定不同偏转扫描角度组件图像的数目，即当前复 合模式下的一个周期内的帧数或者角度数。典型应用为档位0对应1个扫描偏转角度，档位1对应3个扫描偏转角度，档位2 对应5个扫描偏转角度。档位0时只有一个扫描偏转角度，为未偏转扫描。档位1和档位 2的角度数为奇数，其中需要有一个角度为未偏转发射扫描的角度，其余的偶数个角度为左 右偏转角度对应的偏转发射扫描。例如，档位1时，其中一个扫描发射角度为未偏转扫描 (也可视为0角度)，另外2个角度分别为相对于0角度发射左偏10度扫描和右偏10度扫 描。偏转成像控制为周期性控制，按照设定的不同的偏转角度组件图像数为周期。每 个周期内不同偏转角度组件图像的产生顺序可由配置数据文件配置，典型的顺序为图1所 示，先产生左偏图像，然后产生未偏转图像，最后产生右偏图像。对于不同档位的偏转扫描 发射角度的个数、偏转的角度和发射的顺序均可通过配置数据文件进行配置。第二、同角度帧相关处理过程，其过程如下1、接收当前组件图像，得到当前组件图像对应的偏转角度；2、根据当前组件图像，查找同一偏转角度对应的帧相关处理后的组件图像，通常 在进行空间复合成像时均会缓存一定数量的组件图像，在这里可以以一预定长度为基本单 位进行数据缓存，便于后续的图像处理；3、计算帧相关系数，这里的帧相关系数对于具体某一帧图像而言，其所有像素的 帧相关系数可以使用同一个值，也可以为每个像素计算不同的系数，此帧相关系数是关于 一变量的函数，这里的变量至少包括帧率、偏转周期内的帧数、组件图像像素亮度均值、用 于帧相关处理的组件图像同一位置像素的差、组件图像同一位置的像素亮度值之一。4、利用计算获得的帧相关系数，将当前组件图像与查找到的组件图像进行加权求 和，获得帧相关处理后的组件图像。在本发明的空间复合成像过程中，进行空间复合之前需对上传的每帧组件图像 χ (η)进行同角度帧相关处理，其帧相关计算公式为y(n) = α [y (n_kN)-χ (η) ]+χ (η)，0 < α < 1, k = 1,2,3, ...(1)其中，y(n)为帧相关计算结果，N为当前复合模式下的一个周期内的帧数(或角度 数)，α为帧相关系数，对于具体某一帧图像而言，其所有像素的帧相关系数可以使用同一个值，也可以为每个像素计算不同的系数。上述提到帧相关系数α是关于一个或多个变量的函数，该函数可以有多种表现 形式，比如取部分反向比例函数，指数函数等等。以下将逐个列举帧相关系数的计算公式。第一种形式，在帧相关系数计算时采用以e为底、指数取负的指数函数，其指数绝 对值取当前帧率与偏转周期内帧数之商的倒数，a =k=l’2,3，...(2)其中，FR为帧率，C为常数，N为当前复合模式下的角度数，即一个偏转周期内的帧 数，这个角度数由空间复合成像控制器的档位决定。第二种形式，函数形式为当前帧率与偏转周期内帧数之商与一之和的倒数 第三种形式，在帧相关系数计算时采用以e为底、指数取负的指数函数，其指数绝 对值取两帧组件图像像素均值之差的绝对值加上两帧组件图像像素均值的平均值， 其中，^表示均值，C为常数，N为当前复合模式下的角度数，这个角度数由空间复 合成像控制器的档位决定，x( -kN)表示第n-kN帧图像中像素的亮度均值，@表示第η 帧图像中像素的亮度均值。第四种形式，帧相关系数的计算公式为
(6)其中，C为常数，N为当前复合模式下的角度数，这个角度数由空间复合成像控制 器的档位决定。x(i，j，η)表示第η帧图像中(i，j)点处像素的亮度值，η或者n-kN表示 该像素点所位于的偏转周期，T表示亮度阈值，只有大于该值的亮度才参与计算运动变量 Motion, S表示一个亮度的控制参数，通常，S ^ 0,0 ^ T ^Max, Max为像素亮度最大值， 8bit图像为255。为了提高系统实时性，可以采用固定系数的方式计算帧相关系数，比如上述第一、 第二、第三形式，其中前两种形式采用当前帧率FR计算α ；当然固定的帧相关系数的计算 方式不限于上述三种公式，可以是其他形式的函数。除了采用固定系数的帧相关方式，也 可以采用非固定系数的帧相关，对帧内每个像素点进行帧相关处理时采用不同的帧相关系 数，比如上述第四种形式，为不同的点计算不同的帧相关系数，对不同运动程度的点可以进 行不同程度的帧相关处理。第三、空间复合处理在对图像做完同角度帧相关处理后，将处理结果转入空间复合处理模块进行处 理，首先与该角度的上次帧相关结果去做差分，并将差分图像与上次空间复合结果去进行 空间复合得到本次的空间复合结果。这样每有一帧做过同角度帧相关的图像，就在空间复合处理模块中处理出一帧复合图像。这里的空间复合处理过程并不是唯一的，还可以采用 其他空间复合处理方式。基于上述方法，本发明为了在成像系统上实现上述功能，还需要进行如下改进。 如图4所示，通常空间复合成像系统，包括以下几个部分探头100、接收波束合成 器120、发射波束合成器140、数字扫描变换器160、显示器170、空间复合成像控制器180，空 间复合图像处理器150、B信号预处理器130。图4中空间复合成像控制器180根据实际应 用的需要确定扫描偏转的角度大小和组件图像的数目，并通过控制发射和接收的延时聚焦 参数，实现控制发射和接收扫描波束的偏转。接收到的信号经过动态滤波有效提取出回波 中有效的频率分量，提高回波信号的信噪比，然后提取出回波信号的包络信息。提取出的包 络信号经过对数压缩等处理后，产生不同偏转角度的组件图像，用于后续空间复合的处理。本发明在此基础上增加了同角度帧相关处理器200和帧相关计算器190，同角度 帧相关处理器200用于接收B信号预处理器130输出的组件图像，并将具有相同偏转角度 的组件图像进行帧相关处理，以及将帧相关处理后的结果输入至空间复合图像处理器150 中；帧相关系数计算器190，用于根据空间复合成像控制器180的相关参数计算帧相关处理 时的帧相关系数，并将结果输入至所述同角度帧相关处理器200。这样可以消除噪声的影 响，产生信噪比更高的组件图像，继而与内存中存储的组件图像进行复合图像处理产生空 间复合的图像。复合图像经过数字扫描转换(DSC)后送到显示器进行显示。如图5所示，同角度帧相关处理器200包括结果存储器202，用于存储所述帧相 关处理后的结果图像；角度分选器201，用于根据接收的当前组件图像的偏转角度，在所述 结果存储器中，查找具有相同偏转角度的帧相关处理后的结果图像；帧相关计算器203，用 于根据所述角度分选器查找到的结果图像和当前组件图像进行帧相关处理，获得帧相关处 理后的结果图像。从图5给出的同角度帧相关处理器结构框图可以看出，对输入的每帧组件图像进 行同角度帧相关处理的具体实现步骤如下(1)在启动帧相关的初始化阶段，设置帧相关计算所需的参数(如常系数C、图像 宽高、系统帧率FR)，将这些参数存储到存储器中，并初始化用于存储所有中间值和帧相关 后的结果图像的结果存储器202。(2)根据上述帧相关系数α的计算公式，利用前述存储的参数计算出复合模式下 的帧相关系数。(3)利用角度分选器201，得到当前帧图像对应的偏转角度。(4)根据当前帧组件图相对应的偏转角度，从存储器中读取上一帧或者其他帧同 角度组件图像帧相关后的结果图像，利用得到的帧相关系数，将结果图像与新采集的图像 按照帧相关公式加权求和，获得当前组件图像帧相关后的结果图像，并用当前组件图像帧 相关后的结果图像替换结果存储器中上一帧同角度组件图像帧相关后的结果图像，以备下 次处理使用。如图2和图3所示，其给出了空间复合过程的示意图。图1和图2为一帧空间复 合的过程，图1为复合前的图像组件形态，图2为复合后的图像组件形态。其中图1及图2 中的C(I)为未偏转的图像组件，图1中C(0，0)与C(0，2)分别为向左偏转与向右偏转N度 的图像组件，为了使复合叠加的图像为未偏转图像组件的尺寸大小，需要对图1中C(0，0)和C(0，2)进行剪裁，剪裁后的效果为图2中的C(O)和C(2)图像，然后对图2中的C(O)、 C(I)和C(2)组件图像进行叠加后得到图2中Co复合图像。图3为连续多帧组件图像做空 间复合的过程。由于不同角度组件图像的产生过程为周期性的，因此相邻的M(不同扫描角 度组件图像个数)个组件图像均为不同扫描角度的组件图像，因此也可以对这M个组件图 像进行空间复合处理，于是连续的空间复合处理就是每次新加入一帧角度为Y的新扫描的 组件图像，去除一帧角度为Y的先前扫描的组件图像的M个不同角度组件图像复合处理的 过程。可见，本发明在现有的图像复合处理的过程之前增加帧相关处理过程，则可以避免现 有技术的缺陷，根据空间复合档位、 帧相关档位、帧率等信息实时计算帧相关系数，进行帧 相关处理，有利于帧相关处理与空间复合的有效结合，提高图像的显示质量。
上述各具体步骤的举例说明较为具体，并不能因此而认为是对本发明的专利保护 范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
一种空间复合成像中的帧相关处理方法，其特征在于，包括A、将具有相同偏转角度的组件图像进行帧相关处理；B、利用所述帧相关处理后的组件图像进行空间复合处理，生成复合图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括 接收当前组件图像，得到当前组件图像对应的偏转角度；根据当前组件图像，查找相同偏转角度对应的帧相关处理后的组件图像； 计算帧相关系数；利用计算获得的帧相关系数，将当前组件图像与查找到的组件图像进行加权求和，获 得帧相关处理后的组件图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述帧相关系数是关于一变量的函数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述函数为以e为底、指数取负的指数函数。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述变量至少包括帧率、偏转周期内的 帧数、组件图像像素亮度均值、用于帧相关处理的组件图像同一位置像素的差、组件图像同 一位置的像素亮度值之一。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若采用相同的帧相关系数进行两帧组件 图像的加权求和，则所述指数函数的指数绝对值为当前帧率与偏转周期内帧数之商的倒 数，两帧组件图像像素亮度均值之差的绝对值加上两帧组件图像像素亮度均值的平均值， 其中之一。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若针对帧组件图像每一个像素进行帧相 关处理的加权求和时采用不同的帧相关系数，则所述指数函数的指数绝对值Motion(i，j) 为 其中，S表示一个亮度的控制参数，N为偏转周期内的帧数，x(i，j，n)表示第n帧图像 中(i，j)点处像素的亮度值，T表示亮度阈值，n或者n-kN表示该像素点所位于的偏转周期。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若采用相同的帧相关系数进行两帧组件 图像的加权求和，则所述函数为当前帧率与偏转周期内帧数之商与一之和的倒数。
9.一种空间复合成像系统，包括空间复合成像控制器、空间复合图像处理器和B信号 预处理器，其特征在于，还包括同角度帧相关处理器，用于接收所述B信号预处理器输出的组件图像，并将具有相同 偏转角度的组件图像进行帧相关处理，以及将帧相关处理后的结果输入至所述空间复合图 像处理器中；帧相关系数计算器，用于根据空间复合成像控制器的相关参数计算帧相关处理时的帧 相关系数，并将结果输入至所述同角度帧相关处理器。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述同角度帧相关处理器包括 结果存储器，用于存储所述帧相关处理后的结果图像；角度分选器，用于根据接收的当前组件图像的偏转角度，在所述结果存储器中，查找具有相同偏转角度的帧相关处理后的结果图像；帧相关计算器，用于根据所述角度分选器查找到的结果图像和当前组件图像进行帧相 关处理，获得帧相关处理后的结果图像。
全文摘要
本发明公开了一种空间复合成像中的帧相关处理方法及系统，其系统包括同角度帧相关处理器，用于接收所述B信号预处理器输出的组件图像，并将具有相同偏转角度的组件图像进行帧相关处理，以及将帧相关处理后的结果输入至所述空间复合图像处理器中；帧相关系数计算器，用于根据空间复合成像控制器的相关参数计算帧相关处理时的帧相关系数，并将结果输入至所述同角度帧相关处理器。本发明针对单纯的应用空间复合结合帧相关的图像处理方法的不足，将帧相关处理置于空间复合之前，并采用同角度帧相关处理，使得在空间复合之前就预先对不同角度的信息进行同等程度地去噪处理，然后再叠加到一起，避免图像信息混乱，同时也不会导致图像的不同区域出现明显的边界。
文档编号G06T5/00GK101866480SQ20091010683
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者张羽, 桑茂栋, 王勇, 项峥 申请人:深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司