基于Lab空间的图像融合方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于Lab空间的图像融合方法，包括如下步骤：a)输入参考图像和浮动图像，对参考图像和浮动图像进行配准；b)对浮动图像进行重采样，使得重采样后浮动图像和参考图像的图像像素尺寸相同；c)根据设定的窗宽、窗位分别将参考图像和重采样后的浮动图像的灰度值变换至0-255，并对浮动图像进行渲染；d)将参考图像和浮动图像在Lab色彩空间进行亮度和色彩的分解融合，最后将融合后的图像变换到RGB色彩空间。本发明提供的基于Lab空间的图像融合方法，通过对两幅图像配准、重采样和归一化处理后，同时在Lab空间融合亮度和色彩，配准过程和参数可以灵活设置，从而方便地实现不同的融合显示效果。
【专利说明】基于Lab空间的图像融合方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种图像融合方法，尤其涉及一种基于Lab空间的图像融合方法。
【背景技术】
[0002]图像融合在医学图像分析中具有重要意义，以PET和CT的图像融合为例。PET(正电子发射断层扫描)图像能提供组织新陈代谢的细节，缺点是分辨率低，没有清晰的解剖组织作为参照；而CT (计算机断层扫描)能提高大量解剖信息。汲取二者的长处，将两者融合后的图像在评估肿瘤位置，治疗前后变化等领域具有广泛的应用。
[0003]与普通图像融合的图像分解加权融合技术不同，PET和CT的融合是在以CT解剖图像为底图的情况下，将PET的新陈代谢信息呈现上去。与RGB和CMYK色彩空间相比，Lab色彩空间模仿人类视觉而设计。它致力于感知均匀性，它的L分量密切匹配人类亮度感知，但是由于XYZ色彩空间是基于人类颜色视觉的直接测定，并充当很多包括Lab色彩空间的其他色彩空间的定义基础，很多公司并不是在Lab空间里进行色彩分量融合的。如现有专利文献:Tom KIMPE et al，’IMAGE PROCESSING OF MEDICAL IMAGES，，United States PatentApplication Publication, Application number:US 2009/0136102A1,提供了一种在 Lab空间的图像融合方法，但是仅进行了亮度分量L的融合，融合图像的色彩a，b分量没有变化，无法满足用户灵活的参数选择的要求，融合的效果不是很好。
[0004]此外，一般情况下PET图像与CT图像采集于不同时刻，会出现病人整体与机器的相对位移或病人内部组织之间的位移(如心脏跳动，隔膜升降)。这些位移可以用现有的刚体或非刚体配准技术加以配准校正。但有时比较耗时的非刚体配准不是必须的，而现有大多数公司的PET和CT融合并没有给用户提供灵活的选择。如现有专利文献=Yang-MingZhu, et al, iPixel-Feature Hybrid Fusion for PET/CT Imagesj, United States PatentApplication Publication, Application number:US2012/0019548 Al,米用了 PET 和 CT 灰度值加权(权重被称为透明因子，transparency)平均的方法计算融合图像的灰度值。用户可以指定某个SUV区间PET像素不参与融合，这样只显示这些像素位置的CT信息。该方案仍然没有能够充分在Lab空间融合亮度和色彩，不方便医生了解两个图像值域之间的比对关系。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Lab空间的图像融合方法，能够同时在Lab空间融合亮度和色彩，并可灵活设置参数组合，实现不同的融合显示效果。
[0006]本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于Lab空间的图像融合方法，包括如下步骤:a)输入参考图像和浮动图像，对所述参考图像和浮动图像进行配准；b)对所述浮动图像进行重采样，使得重采样后所述浮动图像和所述参考图像的图像像素尺寸相同；c)根据设定的窗宽、窗位分别将所述参考图像和重采样后的浮动图像的灰度值变换至0-255，并对重采样后的浮动图像进行渲染；d)将所述参考图像和重采样后的浮动图像在Lab色彩空间根据亮度和色彩参数进行分解融合，最后将融合后的图像变换到RGB色彩空间。
[0007]上述的基于Lab空间的图像融合方法，其中，所述步骤a)中配准前，对所述参考图像进行预采样使其与所述浮动图像具有相同的图像像素尺寸。
[0008]上述的基于Lab空间的图像融合方法，其中，所述步骤a)中对所述参考图像进行预采样后，仅对参考图像中灰度值大于预设阈值的像素进行配准。
[0009]上述的基于Lab空间的图像融合方法，其中，对所述步骤a)中的参考图像和浮动图像通过调整旋转平移量，进行手动配准。
[0010]上述的基于Lab空间的图像融合方法，其中，所述步骤a)中对所述参考图像和浮动图像进行刚体配准。
[0011]上述的基于Lab空间的图像融合方法，其中，所述步骤a)中对所述参考图像和浮动图像进行刚体配准后，再进行非刚体配准。
[0012]上述的基于Lab空间的图像融合方法，其中，所述步骤b)中按照配准旋转矩阵和平移向量对所述浮动图像进行重采样。
[0013]上述的基于Lab空间的图像融合方法，其中，所述步骤c)中对所述浮动图像根据用户输入的颜色查找表进行渲染。
[0014]上述的基于Lab空间的图像融合方法，其中，渲染时如果所述浮动图像的像素点灰度值位于用户指定的用于融合的灰度区间之外，则仅显示所述参考图像的像素点。
[0015]上述的基于Lab空间的图像融合方法，其中，所述步骤d)包括:将所述参考图像和浮动图像依次按照RGB色彩空间、XYZ色彩空间和Lab色彩空间的顺序进行分解，并对两幅图像Lab空间里的亮度L、色彩a、色彩b三个分量进行融合，再逆向依次按照Lab色彩空间、XYZ色彩空间和RGB色彩空间的顺序合成。
[0016]上述的基于Lab空间的图像融合方法，其中，所述参考图像为CT图像或MR图像，所述浮动图像为PET图像。
[0017]上述的基于Lab空间的图像融合方法，其中，所述参考图像和浮动图像都为MR图像。
[0018]本发明对比现有技术有如下的有益效果:本发明提供的基于Lab空间的图像融合方法，通过对两幅图像配准、重采样和归一化处理后，同时在Lab空间融合亮度和色彩，配准过程和参数可以灵活设置，从而方便地实现不同的融合显示效果；而且选择某种参数组合时，图像可以与渲染的参考图像或浮动图像灰色图像等同，方便医生了解两个图像值域之间的比对关系。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明基于Lab空间的图像融合方法流程示意图；
[0020]图2为本发明基于Lab空间的图像融合方法中配准的流程示意图；
[0021]图3为本发明基于Lab空间的图像融合方法中融合转换示意图；
[0022]图4为本发明基于Lab空间的图像融合效果示意图。
【具体实施方式】[0023]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
[0024]本实施例以CT图像为参考图像，PET图像为浮动图像进行配准融合，结合图1所示，基于Lab空间的图像融合方法包括如下步骤:
[0025]步骤SlOl:输入参考图像和浮动图像，对参考图像和浮动图像进行配准。本发明可以对PET/CT、PET/MR与MR/MR模态组合的图像进行融合；当进行PET/CT，PET/MR融合时，CT或MR总被作为底图(参考图像)，而PET作为顶图(浮动图像)；当进行MR/MR融合时底图选择由用户指定，底图MR图像为参考图像,则另一幅MR图像为顶图(浮动图像)。在本实施例中在CT图像和PET图像进行配准之前，先对CT图像进行下采样使之与PET图像具有同样的尺寸，这是因为PET图像一般比较小，CT图像一般比较大，这样能节省配准所用时间。
[0026]对参考图像和浮动图像进行配准时，具体配准用户可以根据需要进行自动配准(刚体配准和非刚体配准)和手动配准，如图2所示。如果需要进行非刚体配准，则必须先进行一次刚体(严格意义上是指基于仿射变换的)配准，非刚体配准可采用自由形变FFD方法；若需要对刚体配准的结果进行微调，则可以通过调整旋转、平移量进行手动配准。在本实施例中，PET和CT图像进行了基于梯度下降法的优化方法的刚体配准。为了加快配准速度，可以对作为参考图像的CT图像进行预采样，并仅对灰度值大于预设阈值的参考图像像素进行配准。
[0027]步骤S102:对浮动图像PET按照配准旋转矩阵和平移向量进行重采样，保证重采样后两幅图像像素尺寸相同。
[0028]步骤S103:根据用户输入的窗宽、窗位分别将参考图像和重采样后的浮动图像的灰度值变换至0-255，并对PET图像进行渲染。在本实施例中，根据用户输入的颜色查找表(Look Up Table，LUT)对重采样后的PET图像进行渲染。此外，作为算法的一种变化，可以判断PET图像中每个像素的 灰度值是否位于用户指定的用于融合的灰度区间之外，如果是，则不进行融合仅显示底层CT图像上该点的像素。
[0029]步骤S104:如图3所示，首先将参考图像CT图像RGB色彩空间的Grayet值转换为XYZ色彩空间的Yct值，将浮动图像PET图像RGB色彩空间(Rprt，Gpet, Bpet)转换为XYZ色彩空间(XPet，YPet，Zpet)。由公式(2)可知，亮度L仅和参考图像、浮动图像XYZ色彩空间的Y值有关，而且对于参考图像CT并不需要色彩参数a和b，因此对参考图像CT图像RGB色彩空间仅在G分量上进行转换。
[0030]其中RGB到XYZ空间的转换公式为:
【权利要求】
1.一种基于Lab空间的图像融合方法，其特征在于，包括如下步骤: a)输入参考图像和浮动图像，对所述参考图像和浮动图像进行配准； b)对所述浮动图像进行重采样，使得重采样后所述浮动图像和所述参考图像的图像像素尺寸相同； c)根据设定的窗宽、窗位分别将所述参考图像和重采样后的浮动图像的灰度值变换至0-255，并对重采样后的浮动图像进行渲染； d)将所述参考图像和重采样后的浮动图像在Lab色彩空间根据亮度和色彩参数进行分解融合，最后将融合后的图像变换到RGB色彩空间。
2.如权利要求1所述的基于Lab空间的图像融合方法，其特征在于，所述步骤a)中配准前，对所述参考图像进行预采样使其与所述浮动图像具有相同的图像像素尺寸。
3.如权利要求2所述的基于Lab空间的图像融合方法，其特征在于，所述步骤a)中对所述参考图像进行预采样后，仅对参考图像中灰度值大于预设阈值的像素进行配准。
4.如权利要求1所述的基于Lab空间的图像融合方法，其特征在于，对所述步骤a)中的参考图像和浮动图像通过调整旋转平移量，进行手动配准。
5.如权利要求1所述的基于Lab空间的图像融合方法，其特征在于，所述步骤a)中对所述参考图像和浮动图像进行刚体配准。
6.如权利要求5所述的基于Lab空间的图像融合方法，其特征在于，所述步骤a)中对所述参考图像和浮动图像进行刚体配准后，再进行非刚体配准。
7.如权利要求1所述的基于Lab空间的图像融合方法，其特征在于，所述步骤b)中按照配准旋转矩阵和平移向量对所述浮动图像进行重采样。
8.如权利要求1所述的基于Lab空间的图像融合方法，其特征在于，所述步骤c)中对所述浮动图像根据用户输入的颜色查找表进行渲染。
9.如权利要求8所述的基于Lab空间的图像融合方法，其特征在于，渲染时如果所述浮动图像的像素点灰度值位于用户指定的用于融合的灰度区间之外，则仅显示所述参考图像的像素点。
10.如权利要求1所述的基于Lab空间的图像融合方法，其特征在于，所述步骤d)包括:将所述参考图像和浮动图像依次按照RGB色彩空间、XYZ色彩空间和Lab色彩空间的顺序进行分解，并对两幅图像Lab空间里的亮度L、色彩a、色彩b三个分量进行融合，再逆向依次按照Lab色彩空间、XYZ色彩空间和RGB色彩空间的顺序合成。
11.如权利要求1?10任一项所述的基于Lab空间的图像融合方法，其特征在于，所述参考图像为CT图像或MR图像，所述浮动图像为PET图像。
12.如权利要求1?10任一项所述的基于Lab空间的图像融合方法，其特征在于，所述参考图像和浮动图像都为MR图像。
【文档编号】G06T5/50GK103679669SQ201210353107
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月20日 优先权日:2012年9月20日
【发明者】曹春生, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:上海联影医疗科技有限公司