图像处理方法和装置及有图像处理装置的激光扫描检眼镜的制作方法
【专利摘要】激光扫描检眼镜获取视网膜的图像。图像通过以下步骤来处理，所述步骤为：(i)沿着一维切片映射图像；(ii)计算切片的小波尺度谱；(iii)映射来自小波尺度谱的脊特征；对一个或多个映射的图像切片重复步骤(i)、(ii)和(iii)。叠加来自切片的所映射的脊特征。纹理信息从叠加的所映射的脊特征中导出。该分析可调整为检测各种纹理特征，例如检测图像伪影，或者用于视网膜的病理分类。
【专利说明】图像处理方法和装置及有图像处理装置的激光扫描检眼镜
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理，更具体地涉及图像处理方法和装置，以及具有图像处理装 置的激光扫描检眼镜。在一个例子中，本发明涉及但不排他地涉及应用于眼部成像领域中 的纹理分析方法。
【背景技术】
[0002] 采用数字图像传感器来捕捉图像数据已为我们所熟知。提供了感光图像元素（像 素）的阵列，其可被制造为电荷耦合设备或使用互补金属氧化物半导体（CMOS)技术来制 造。入射辐射导致在每像素产生电荷。该电荷被转化为电压，然后数字化电压值。当像素 设置为在感光模式下时，电压的值取决于在积分时间内对像素的照明入射强度。像素阵列 可以由一维、二维或者三维构成。例如，如日常相机中发现的最常见形式是二维像素阵列。 一维像素阵列通常称为"线性阵列"，且有这种阵列的图像传感器可以被称为线性传感器或 线性扫描仪。
[0003] 从像素阵列导出的强度值的集合被称作图像数据。像素阵列的"原始"图像数据 输出可能经过各种后处理技术以便再生图像，用以被人观测或者由机器来处理。这些后处 理技术可以包括各种统计方法，其用于图像分析和执行各种相机和图形处理功能。
[0004] 这些技术的一个例子是对图像内的纹理的识别和/或分类。纹理可以代表对象或 区域的表面特性，且可被用作识别图像中不同对象或不同对象区域的基础。建模纹理通常 通过信号强度的变化进行描述，且有时通过图像中这些变化的空间关系（局部邻域性质） 描述。
[0005] 通常在用于建模纹理的方法中采用二维小波变换。小波变化是有用的，因为它们 提供构造信号的时间-频率表示的能力，此时间-频率表示提供非常好的时间和频率定位。
[0006] 对小波变换的介绍可以从US2010/0014761中找到，并且在下文中在具体描述部 分中进行提供。
[0007] 然而这些方法不能容忍被测量的纹理特征的碎片，即，当纹理特征包括图像中的 散开的、不规则的、破碎的或者间隔开的图案时。这还使现有技术的分辨率和分辨能力受 限。
[0008] 因此，需要对纹理图像中的碎片更具鲁棒性，和/或相对于现有的基于小波的技 术具有提高的分辨率，和/或具有提高的分辨能力的方法。
【发明内容】
[0009] 根据本发明的第一方面，提供了图像处理的方法，所述方法包括：
[0010] (i)沿着一维切片映射图像；
[0011] (ii)计算切片的小波尺度谱；
[0012] (iii)映射在小波尺度谱内的脊特征；
[0013] 对一个或多个所映射的图像切片重复步骤（i)、（ii)和（iii);
[0014] 叠加来自切片的所映射的脊特征；以及从所叠加的所映射的脊特征中导出纹理信 息。
[0015] 由于纹理分析只基于提取的脊特征而执行，故在被测量的纹理特征是分段的情况 下，此方法提供鲁棒性的、可靠的性能。
[0016] 可选地，从所叠加的映射的脊特征中导出纹理信息的所述步骤包括，根据跨越所 映射的脊特征的2D的频率和尺度空间的直方图表示确定阈值或导出统计数据。
[0017] 可选地，沿着一维切片映射图像的所述步骤包括选择来自图像的图像数据的一行 或一列。
[0018] 可替代地，沿着一维切片映射图像的所述步骤包括将沿着一组图像数据像素的路 径映射到直线表示。
[0019] 可选地，沿着一组图像数据像素的所述路径包括一条直线，其与由图像数据像素 的行和列定义的水平轴或垂直轴成角度。
[0020] 可选地，沿着一组图像数据像素的所述路径包括环形路径，或者环形路径的一部 分。
[0021] 可选地，所选定的行或列或者所述路径被选择为具有方向性，其方向性与期望的 或被搜索的图像特性的方向性相对应。
[0022] 可选地，所述图像特性是与已知的病理或身体状况相关的特征。
[0023] 这些病理或身体状况的例子包含视网膜缺血区、黄斑部退化、或者其他视网膜病 理区域。
[0024] 可选地，所导出的纹理信息被用来将视网膜图像区域分类为包括视网膜纹理或者 包括眼睑或眼睫毛的纹理。
[0025] 可选地，包括眼睑或眼睫毛纹理的区域从随后的进一步的图像分析和/或检查程 序中排除。
[0026] 可选地，所得到的纹理信息被用来识别扫描仪特定的图像异常。
[0027] 各例子包含图像强度中的细微的、周期的变化，其是由于光学扫描组件的误差引 起的。
[0028] 可选地，计算切片的小波尺度谱的步骤包括应用连续小波变换。
[0029] 可选地，计算小波尺度谱的步骤包括选择所应用的小波变换的特征频率以与选定 的形状匹配。
[0030] 可选地，计算小波尺度谱的步骤包括选择所应用的小波变换的尺度来匹配选定的 特征尺寸。
[0031] 特征频率和所应用的小波变换的尺度两者之一的选择允许其被调整到锁定感兴 趣的特征，这些特征被期望呈现在图像中或者正在被搜索。
[0032] 可选地，选定特征频率和尺度使得与视网膜内的视杆和/或视锥的尺寸和形状匹 配。
[0033] 根据本发明的第二方面，提供了图像处理装置，所述装置包括：
[0034] 从图像传感器接收图像数据的工具；以及
[0035] 处理器，其被设置为：
[0036] (i)沿着一维切片映射图像；
[0037] (ii)计算切片的小波尺度谱；
[0038] (iii)映射在小波尺度谱内的脊特征；
[0039] 对一个或多个所映射的图像切片重复步骤（i)、（ii)和（iii);
[0040] 叠加来自切片的所映射的脊特征；以及
[0041 ] 从所叠加的所映射的脊特征中导出纹理信息。
[0042] 可选地，该装置被设置为执行以上定义的特征的方法。
[0043] 根据本发明的第三方面，提供了具有图像处理装置的激光扫描检眼镜，所述激光 扫描检眼镜包括：
[0044] 从图像传感器接收图像数据的工具；以及
[0045] 处理器，其被设置为：
[0046] (i)沿着一维切片映射图像；
[0047] (ii)计算切片的小波尺度谱；
[0048] (iii)映射在小波尺度谱内的脊特征；
[0049] 对一个或多个所映射的图像切片重复步骤（i)、（ii)和（iii);
[0050] 叠加来自切片的所映射的脊特征；以及
[0051 ] 从所叠加的所映射的脊特征中导出纹理信息。
[0052] 根据本发明的第四方面，提供了由指令编码的计算机程序产品，当指令在计算机 上运行时，致使计算接收图像数据和执行图像处理的方法，所述方法包括：
[0053] (i)沿着一维切片映射图像；
[0054] (ii)计算切片的小波尺度谱；
[0055] (iii)映射在小波尺度谱内的脊特征；
[0056] 对一个或多个所映射的图像切片重复步骤（i)、（ii)和（iii);
[0057] 叠加来自切片的所映射的脊特征；以及
[0058] 从所叠加的所映射的脊特征中导出纹理信息。
[0059] 该计算机程序产品可以作为在计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行 存储或传输。计算机可读介质包含计算机存储介质和传播介质，传播介质包含促使计算机 程序从一地到另一地传送的任何介质。存储介质包括可以是可由计算机访问的任何可用介 质。例如，这种计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘 存储器或其它磁存储设备、或任何可由计算机访问的和可以用来携带或存储期望的以指令 或数据结构形式的程序代码。另外，任何连接被适当地称为计算机可读介质。例如，若软件 是从网站、服务器或者使用同轴电缆、光缆、双绞线、数字用户线（DSL)或诸如红外线、无线 电、微波等的无线技术的其它远程源发送来的，那么同轴电缆、光缆、双绞线、DSL或诸如红 外线、无线电、微波等的无线技术被包含在介质的定义之内。本文所使用的磁盘和光盘包括 压缩光盘（CD)、激光盘、光盘、数字式多功能光盘、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再 生数据，而光盘光学地用激光再生数据。上述的组合也应包含在计算机可读介质的范围之 内。与计算机程序产品的计算机可读介质相关联的指令或代码可由计算机来执行，例如，通 过一个或多个处理器，诸如一个或多个数字信号处理器（DSP)、通用微处理器、ASIC、FPGA、 或者其他等价的集成或离散的逻辑电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0060] 本发明的实施例仅通过举例的方式并参考附图进行描述，在附图中：
[0061] 图1示出了根据本发明的第一实施例的示例性算法的步骤；
[0062] 图2示出了图1中示出的沿切片坐标映射图像的步骤的各个方面；
[0063] 图3示出了如图1中示出的计算切片映射的小波尺度谱的步骤的各个方面；
[0064] 图4示出了示例性的尺度谱的脊，以用于说明目的；
[0065] 图5示出了如图1中示出的映射在尺度谱表面上脊特征的步骤的各个方面；
[0066] 图6示出了如图1中示出的如下步骤的各个方面，该步骤为：将每个切片的脊特征 叠加成脊合成映射，产生特征位置直方图和阈值确定直方图，以确定上部组件的频率；
[0067] 图7示出了如图1中示出的输出图像选定区域上的特征计数的步骤的各个方面；
[0068] 图8示出了关于视网膜图像区域的基于小波的表面纹理映射的示例性实施例，其 表示图像在径向切片上进行映射的步骤；
[0069] 图9示出了以相等的采样间隔对正交纹理图像中的图8中示出的切片的叠加；
[0070] 图10示出了将来自图9的信息以正交纹理图像的每个切片的覆盖尺度谱的形式 压缩到频域；
[0071] 图11示出了用来参数化视网膜纹理的、来自图10的示意图的小波尺度熵的峰 值；
[0072] 图12示出了关于视网膜区域的基于小波的表面纹理映射的小波的其它方面，其 表示径向扫描被成像以绘制视网膜纹理特性的范围；
[0073] 图13示出了相对于尺度谱熵峰的位置进行绘制的尺度谱熵峰值，表示了视网膜 纹理可以如何在一组眼睑纹理和一组眼睫毛纹理中进行分割；以及
[0074] 图14示出可根据本发明的实施例的纹理分类方法的示例性应用。
【具体实施方式】
[0075] 下面关于小波的介绍性的描述源自US2010/0014761，但略有修改。
[0076] 小波夺换介绍
[0077] 根据本公开，信号X(t)的连续小波变化可被定义为：
[0078]
【权利要求】
1. 一种图像处理方法，包括： (i) 沿着一维切片映射图像； (ii) 计算所述切片的小波尺度谱； (iii) 映射在所述小波尺度谱内的脊特征； 对一个或多个所映射的图像切片，重复步骤（i)、（ii)和（iii); 叠加来自所述切片的所映射的脊特征；以及 从所叠加的所映射的脊特征中导出纹理信息。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中从所叠加的所映射的脊特征中导出纹理信息的所 述步骤包括：根据跨越所映射的脊特征的2D的频率和尺度空间的直方图表示确定阈值或 导出统计数据。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，沿一维切片映射图像的所述步骤包 括：选择来自所述图像的图像数据的行或列。
4. 根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，沿一维切片映射图像的所述步骤包 括：将沿一组图像数据像素的路径映射为直线表示。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，沿一组图像数据像素的所述路径包括与水平轴 或垂直轴成角度的直线，所述水平轴或所述垂直轴由所述图像数据像素的行和列来限定。
6. 根据权利要求4所述的方法，其中，沿一组图像数据像素的所述路径包括环形路径 或其的一部分。
7. 根据权利要求3到6中任一项所述的方法，其中，所选择的行或列或所述路径被选择 成具有与期望的或正被搜索的所述图像的特征的方向性对应的方向性。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述图像的所述特征是与已知病理学或身体状况 相关的特征。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所导出的纹理信息被用来将视网膜 图像的区域分类为包括视网膜纹理、或包括眼睑或眼睫毛的纹理。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，包括眼睑或眼睫毛纹理的所述区域从随后进一 步的图像分析和/或检查程序中排除。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所导出的纹理信息被用来识别扫描 仪特定的图像异常。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，计算所述切片的小波尺度谱的所述 步骤包括应用连续小波变换。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，计算小波尺度谱的所述步骤包括选择所应用 的小波变换的特征频率以匹配选定的形状。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中计算小波尺度谱的所述步骤包括选 择应用的小波变换的尺度以与选定的特征尺寸匹配。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，特征频率和尺度被选定为与视网膜内的视杆 和/或视锥的尺寸和形状匹配。
16. -种图像处理装置，包括： 用于从图像传感器接收图像数据的工具；以及 处理器，其被设置为： (i) 沿着一维切片映射图像； (ii) 计算所述切片的小波尺度谱； (iii) 映射在所述小波尺度谱内的脊特征； 对一个或多个所映射的图像切片重复步骤（i)、（ii)和（iii); 叠加来自所述切片的所映射的脊特征；以及 从所叠加的所映射的脊特征中导出纹理信息。
17. 根据权利要求16所述的装置，其被设置成执行权利要求1到15中任一项所述的方 法。
18. -种具有图像处理装置的激光扫描检眼镜，所述图像处理装置包括： 用于从图像传感器接收图像数据的工具；以及 处理器，其被设置为： (i) 沿着一维切片映射图像； (ii) 计算所述切片的小波尺度谱； (iii) 映射在所述小波尺度谱内的脊特征； 对一个或多个所映射的图像切片重复步骤（i)、（ii)和（iii); 叠加来自所述切片的所映射的脊特征；以及 从所叠加的所映射的脊特征中导出纹理信息。
19. 一种计算机程序产品，其由指令编码，所述指令当在计算机上运行时，使得所述计 算机接收图像数据并执行图像处理方法，所述方法包括： (i) 沿着一维切片映射图像； (ii) 计算所述切片的小波尺度谱； (iii) 映射在所述小波尺度谱内的脊特征； 对一个或多个所映射的图像切片重复步骤（i)、（ii)和（iii); 叠加来自所述切片的所映射的脊特征；以及 从所叠加的所映射的脊特征中导出纹理信息。
【文档编号】G06T7/40GK104508707SQ201380039844
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年5月28日 优先权日:2012年5月28日
【发明者】大卫·克利夫顿 申请人:奥普托斯股份有限公司