一种超声图像的放大方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明适用于图像处理【技术领域】，提供了一种超声图像的放大方法及装置，所述方法包括：获取待放大的原始超声图像；按预设的多个分解方向对所述原始超声图像的高频分量进行分解，获得多个方向的高频子带图像；对所述多个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像进行插值，获得每一个方向的高频子带放大图像；对原始超声图像进行插值，获得原始超声图像的插值图像；对所获得的每一个方向的高频子带放大图像和原始超声图像的插值图像进行频域重构，从而获得放大后的超声图像。所述放大后的超声图像能够保持原图像的细节，并且不会产生伪像，满足医学临床要求，有利于医生的诊断。
【专利说明】一种超声图像的放大方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于图像处理【技术领域】，尤其涉及一种超声图像的放大方法及装置。
【背景技术】
[0002] 图像放大的目的是从低分辨率图像获取高分辨率图像，即超分辨重建。超分辨率 超声图像重建技术在医学临床有重要的应用价值。现有的超分辨图像的生成方法有三类， 分别为：
[0003] 1.对单帧低分辨率图像进行插值：比如经典的线性插值、cubic插值，这类放大方 法简单易行，应用广泛，但是容易导致插值后的图像变模糊。
[0004] 2.对多帧低分辨率图像进行重建：比如迭代反投影（IBP，Iterative Back Projection)、凸集投影（POCS，Projections Onto Convex Sets),这些方法均有边缘振动 的缺点，容易产生伪像，不利于医生的诊断。尽管改进后的IBP算法的和POCS算法能够减 少IBP的振荡效应，凡是不能完全消除伪像。
[0005] 3.训练学习建模：通过收集大量的训练集（包括低分辨率图像及其对应的高分辨 率图像）来建立低分辨率图像与高分辨率图像之间的关系模型，但是该方法需要完备的训 练集和学习方法，实现难度大。
[0006] 综上所述，现有的超声图像放大方法中的多帧图像重建容易产生伪像，而且计算 量大；简单的单帧图像插值放大效果难以满足临床要求；而建模实现起来难度大，难以满 足实际的应用。
【发明内容】
[0007] 鉴于此，本发明实施例提供一种超声图像的放大方法及装置，以解决现有超声图 像放大方法导致放大后的超声图像模糊、产生伪像的问题，使得放大后的超声图像能够保 持原图像的细节。
[0008] 第一方面，提供了一种超声图像的放大方法，所述方法包括：
[0009] 获取待放大的原始超声图像；
[0010] 按预设的多个分解方向对所述原始超声图像的高频分量进行分解，获得多个方向 的高频子带图像；
[0011] 对所述多个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像进行插值，获得每 一个方向的高频子带放大图像；
[0012] 对原始超声图像进行插值，获得原始超声图像的插值图像；
[0013] 对所获得的每一个方向的高频子带放大图像和原始超声图像的插值图像进行频 域重构。
[0014] 进一步地，所述按预设的多个分解方向对所述原始超声图像的高频分量进行分 解，获得多个方向的高频子带图像包括：
[0015] 对所述待放大的原始超声图像进行傅里叶变换，得到所述原始超声图像的频谱；
[0016] 提取所述频谱中的高频成分，获得原始超声图像的高频分量；
[0017] 按预设的多个分解方向对所述高频分量进行分解，获得多个方向的高频子带图 像。
[0018] 进一步地，所述对所述多个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像进 行插值，获得每一个方向的高频子带放大图像包括：
[0019] 对所述多个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像进行锐化；
[0020] 对锐化后的每一个方向的高频子带图像沿对应的方向进行插值，获得每一个方向 的高频子带放大图像；
[0021] 所述对原始超声图像进行插值，获得原始超声图像的插值图像具体为：
[0022] 对原始超声图像进行牛顿插值，获得原始超声图像的插值图像。
[0023] 进一步地，所述对所获得的每一个方向的高频子带放大图像和原始超声图像的插 值图像进行频域重构包括：
[0024] 采用重构滤波器组的高频方向滤波器对每一个方向的高频子带放大图像进行滤 波，得到每一个方向的高频子带重构图像；
[0025] 采用重构滤波器组的低频方向滤波器对原始超声图像的插值图像进行滤波，得到 原始超声图像的重构图像；
[0026] 将所述每一方向的高频子带重构图像和原始超声图像的重构图像进行叠加，获得 置加图像；
[0027] 对所述叠加图像进行傅里叶逆变换，获得放大后的超声图像。
[0028] 进一步地，所述对原始超声图像的进行牛顿插值，获得原始超声图像的插值图像 包括：
[0029] 获取原始超声图像中的多个待插值点；
[0030] 分别沿0、45°、90°以及135°四个方向对所述多个待插值点进行牛顿插值，获 得每一个方向的插值图像；
[0031] 按预设的每一个方向的权值对四个方向的插值图像求和，获得原始超声图像的插 值图像
[0032] 第二方面，提供了一种超声图像的放大装置，所述装置包括：
[0033] 获取模块，用于获取待放大的原始超声图像；
[0034] 分解模块，用于按预设的多个分解方向对所述原始超声图像的高频分量进行分 解，获得多个方向的高频子带图像；
[0035] 插值模块，用于对所述多个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像进 行插值，获得每一个方向的高频子带放大图像，以及对原始超声图像进行插值，获得原始超 声图像的插值图像；
[0036] 频域重构模块，用于对所获得的每一个方向的高频子带放大图像和原始超声图像 的插值图像进行频域重构。
[0037] 进一步地，所述分解模块包括：
[0038] 变换单元，用于对所述待放大的原始超声图像进行傅里叶变换，得到所述原始超 声图像的频谱；
[0039] 提取单元，用于提取所述频谱中的高频成分，获得原始超声图像的高频分量；
[0040] 分解单元，用于按预设的多个分解方向对所述高频分量进行分解，获得多个方向 的高频子带图像。
[0041] 进一步地，所述插值模块包括：
[0042] 锐化单元，用于对所述多个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像进 行锐化；
[0043] 第一插值单元，用于对锐化后的每一个方向的高频子带图像沿对应的方向进行插 值，获得每一个方向的高频子带放大图像；
[0044] 第二插值单元，用于对原始超声图像进行牛顿插值，获得原始超声图像的插值图 像。
[0045] 进一步地，所述频域重构模块包括：
[0046] 第一频域重构单元，用于采用重构滤波器组的高频方向滤波器对每一个方向的高 频子带放大图像进行滤波，得到每一个方向的高频子带重构图像；
[0047] 第二频域重构单元，用于采用重构滤波器组的低频方向滤波器对原始超声图像的 插值图像进行滤波，得到原始超声图像的重构图像；
[0048] 叠加单元，用于将所述每一个方向的高频子带重构图像和原始超声图像的重构图 像进行叠加，获得叠加图像；
[0049] 逆变换单元，用于对所述叠加图像进行傅里叶逆变换，获得放大后的超声图像。
[0050] 进一步地，所述第二插值单元具体用于：
[0051] 获取原始超声图像中的多个待插值点；
[0052] 分别沿0、45°、90°以及135°四个方向对所述多个待插值点进行牛顿插值，获 得每一个方向的插值图像；
[0053] 按预设的每一个方向的权值对四个方向的插值图像求和，获得原始超声图像的插 值图像。
[0054] 与现有技术相比，本发明在获取到待放大的原始超声图像后，按预设的多个分解 方向对所述原始超声图像的高频分量进行分解，获得多个方向的高频子带图像；对所述多 个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像进行插值，获得每一个方向的高频子 带放大图像，以及对原始超声图像进行插值，获得原始超声图像的插值图像；最后对所获得 的每一个方向的高频子带放大图像和原始超声图像的插值图像进行频域重构，从而获得放 大后的超声图像。所述放大后的超声图像能够保持原图像的细节，并且不会产生伪像，满足 医学临床要求，有利于医生的诊断。
【专利附图】
【附图说明】
[0055] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。
[0056] 图1是本发明实施例一提供的超声图像放大方法的实现流程图；
[0057] 图2是本发明实施例一提供的超声图像放大方法中步骤S102的具体实现流程；
[0058] 图3是本发明实施例一提供的8个分解方向示意图；
[0059] 图4是本发明实施例一提供的8个分解方向的分解滤波器组；
[0060] 图5是本发明实施例一提供的超声图像放大方法中步骤S103的具体实现流程；
[0061] 图6是本发明实施例一提供的超声图像放大方法中步骤S503的具体实现流程；
[0062] 图7是本发明实施例一提供的沿一个具体方向进行牛顿插值的具体实现流程图；
[0063] 图8是本发明实施例一提供的待插值点p(x，y)与在45°方向上的插值整数点 P2、P3、P4的位置不意图；
[0064] 图9是本发明实施例一提供的超声图像放大方法中步骤S104的具体实现流程；
[0065] 图10是本发明实施例二提供的超声图像放大装置的组成结构图。
【具体实施方式】
[0066] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0067] 本发明实施例在获取到待放大的原始超声图像后，按预设的多个分解方向对所述 原始超声图像的高频分量进行分解，获得多个方向的高频子带图像；对所述多个方向的高 频子带图像中每一个方向的高频子带图像进行插值，获得每一个方向的高频子带放大图 像，以及对原始超声图像进行插值，获得原始超声图像的插值图像；最后对所获得的每一个 方向的高频子带放大图像和原始超声图像的插值图像进行频域重构，从而获得放大后的超 声图像。所述放大后的超声图像能够保持原图像的细节，并且不会超声伪像，满足医学临床 要求，有利于医生的诊断。本发明实施例还提供了相应的装置，以下分别进行详细的说明。
[0068] 实施例一
[0069] 图1示出了本发明实施例一提供的超声图像的放大方法的第一实现流程，为了便 于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
[0070] 如图1所示,所述方法包括：
[0071] 在步骤SlOl中，获取待放大的原始超声图像。
[0072] 在本发明实施例中，预先采集经过对数压缩、动态范围变换、数字扫描变换后的原 始超声图像。在采集到原始超声图像后，接收用户的选择指令，获取选择指令对应的图像区 域（即ROI图像，Region of Interesting),定义为待放大的原始超声图像；或者根据预设 的选择指令自动选择ROI图像。由于放大后的图像会替代原图像进行显示，如果放大后的 图像过大，其边缘部分可能会被隐藏；而通过预先选取ROI图像，则可避免由于放大后的图 像过大而导致的边缘部分被隐藏的问题。
[0073] 在步骤S102中，按预设的多个分解方向对所述原始超声图像的高频分量进行分 解，获得多个方向的高频子带图像。
[0074] 在本发明实施例中，优选采用非下采样Contourlet变换（nonsubsampled contourlet transform，NSCT)，通过塔式滤波器组（nonsubsampled pyramid filter bank， NSPFB)对图像进行多尺度分解，获得高频分量和低频分量，然后再采用非下采样方向滤波 器组（nonsubsampled directional filter bank，NSDFB)对得到的高频分量进行方向分解。 以下将给出步骤S102的具体实现流程。
[0075] 如图2所示，步骤S102的具体实现流程包括：
[0076] 在步骤S201中，对所述待放大的原始超声图像进行傅里叶变换，得到所述待放大 的原始超声图像的频谱。
[0077] 通过对待放大的原始超声图像进行傅里叶变换，将所述待放大的超声图像变换到 频域，以便于后续进行频域操作。
[0078] 在步骤S202中，提取所述频谱中的高频成分，获得原始超声图像的高频分量。
[0079] 在本实施例中，获取到待放大的原始超声图像的频谱后，调取用于进行尺度分解 的高通滤波器组。通过所述高通滤波器组提取所述频谱中的高频成分，表达式为F h = F*Hd， 其中，F为待放大的原始超声图像傅里叶变换后的频谱，Hd为分解用的高通滤波器组，F h是 滤波后的高频成分。
[0080] 所述滤波器组优选为塔式滤波器组，但不限于塔式滤波器组，还可以为其他滤波 器组。
[0081] 在步骤S203中，按预设的多个分解方向对所述高频分量进行分解，获得多个方向 的高频子带图像。
[0082] 在本发明实施例中，获取方向滤波器组，使用所述方向滤波器组对步骤S202中获 取到的高频分量进行滤波，表达式为：F i = FH*Di。其中，Fh为高频分量，Di是第i个方向滤 波器，F i为经过方向分解后第i个方向的高频子带图像。通过步骤S203,从而可得到多个 方向的高频子带图像。本发明实施例中所述的方向包括某一方向的正方向和负方向。
[0083] 示例性的，本发明实施例优选按8个分解方向对所述高频分量进行分解，以获得8 个方向的高频子带图像。所述8个分解方向可以按图3所示的八方向分解示意图来设计。 相应的，8个分解方向的分解滤波器组如图4所示，其中，第一层从左到右分别为方向1、方 向2、方向3、方向4 ;第二层从左到右分别为向5、方向6、方向7、方向8。
[0084] 在步骤S103中，对所述多个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像 进行插值，获得每一个方向的高频子带放大图像。
[0085] 在步骤S104中，对原始超声图像进行插值，获得原始超声图像的插值图像。
[0086] 本发明实施例在获取到多个方向的高频子带图像后，获取预先设置的放大倍数， 并根据所述放大倍数分别对每一个方向的高频子带图像和待放大的原始超声图像进行插 值，以获得目标大小的每一个方向的高频子带图像和原始超声图像。以下将给出步骤S103 的具体实现流程。
[0087] 如图5所示，步骤S103的具体实现流程包括：
[0088] 在步骤S501中，对所述多个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像 进行锐化。
[0089] 本发明实施例在对每一个方向的高频子带图像进行插值前，对所述每一个高频子 带图像进行锐化处理。锐化的方法优选为对每一个高频子带图像提取对应的高频成分，然 后将每一个高频子带图像与对应的高频成分进行叠加。
[0090] 在步骤S502,对锐化后的每一个方向的高频子带图像沿对应的方向进行插值，获 得每一个方向的高频子带放大图像。
[0091] 在本发明实施例中，插值是在空间域进行的，根据设放大倍数，将锐化后的每一个 方向的高频子带图像沿各自方向进行插值。其中，所述插值方法包括但不限于线性插值、 cubic插值等。通过将每一个方向的高频子带图像沿各自方向进行插值，能够使得高频子带 图像的方向信息更加平滑。
[0092] 优选地，本发明实施例也可以直接根据预设放大倍数对每一个方向的高频子带图 像沿各自方向进行插值，获得每一个方向的高频子带放大图像，以简化超声图像的放大流 程，进一步提1?超声图像的放大效率。
[0093] 在本发明实施例中，对待放大的原始超声图像的插值方法优选采用牛顿插值。牛 顿插值能够保持原始超声图像的细节信息，使得插值后的原始超声图像更丰富。以下将给 出步骤S104的具体实现流程。
[0094] 如图6所示，步骤S104的具体实现流程包括：
[0095] 在步骤S601中，获取原始超声图像中的多个待插值点。
[0096] 在进行牛顿插值前需要获取待插值点。本发明实施例预先生成目标高分辨率图像 的整数网格，然后获取所述目标高分辨率图像中需要进行插值的网格点P(X，Y)，所述网格 点为整数点，即Χ、γ均为整数。根据放大因子σ (即预设放大倍数），按照以下公式获得需 要进行插值的网格点P (X，Υ)映射到原始超声图像上的位置P (X，y):
【权利要求】
1. 一种超声图像的放大方法，其特征在于，所述方法包括： 获取待放大的原始超声图像； 按预设的多个分解方向对所述原始超声图像的高频分量进行分解，获得多个方向的高 频子带图像； 对所述多个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像进行插值，获得每一个 方向的高频子带放大图像； 对原始超声图像进行插值，获得原始超声图像的插值图像； 对所获得的每一个方向的高频子带放大图像和原始超声图像的插值图像进行频域重 构。
2. 如权利要求1所述的超声图像的放大方法，其特征在于，所述按预设的多个分解方 向对所述原始超声图像的高频分量进行分解，获得多个方向的高频子带图像包括： 对所述待放大的原始超声图像进行傅里叶变换，得到所述原始超声图像的频谱； 提取所述频谱中的高频成分，获得原始超声图像的高频分量； 按预设的多个分解方向对所述高频分量进行分解，获得多个方向的高频子带图像。
3. 如权利要求1所述的超声图像的放大方法，其特征在于，所述对所述多个方向的高 频子带图像中每一个方向的高频子带图像进行插值，获得每一个方向的高频子带放大图像 包括： 对所述多个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像进行锐化； 对锐化后的每一个方向的高频子带图像沿对应的方向进行插值，获得每一个方向的高 频子带放大图像； 所述对原始超声图像进行插值，获得原始超声图像的插值图像具体为： 对原始超声图像进行牛顿插值，获得原始超声图像的插值图像。
4. 如权利要求1所述的超声图像的放大方法，其特征在于，所述对所获得的每一个方 向的高频子带放大图像和原始超声图像的插值图像进行频域重构包括： 采用重构滤波器组的高频方向滤波器对每一个方向的高频子带放大图像进行滤波，得 到每一个方向的高频子带重构图像； 采用重构滤波器组的低频方向滤波器对原始超声图像的插值图像进行滤波，得到原始 超声图像的重构图像； 将所述每一方向的高频子带重构图像和原始超声图像的重构图像进行叠加，获得叠加 图像； 对所述叠加图像进行傅里叶逆变换，获得放大后的超声图像。
5. 如权利要去3所述的超声图像的放大方法，其特征在于，所述对原始超声图像的进 行牛顿插值，获得原始超声图像的插值图像包括： 获取原始超声图像中的多个待插值点； 分别沿〇、45°、90° W及135°四个方向对所述多个待插值点进行牛顿插值，获得每 一个方向的插值图像； 按预设的每一个方向的权值对四个方向的插值图像求和，获得原始超声图像的插值图 像。
6. -种超声图像的放大装置，其特征在于，所述装置包括： 获取模块，用于获取待放大的原始超声图像； 分解模块，用于按预设的多个分解方向对所述原始超声图像的高频分量进行分解，获 得多个方向的高频子带图像； 插值模块，用于对所述多个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像进行插 值，获得每一个方向的高频子带放大图像，W及对原始超声图像进行插值，获得原始超声图 像的插值图像； 频域重构模块，用于对所获得的每一个方向的高频子带放大图像和原始超声图像的插 值图像进行频域重构。
7. 如权利要求6所述的超声图像的放大装置，其特征在于，所述分解模块包括： 变换单元，用于对所述待放大的原始超声图像进行傅里叶变换，得到所述原始超声图 像的频谱； 提取单元，用于提取所述频谱中的高频成分，获得原始超声图像的高频分量； 分解单元，用于按预设的多个分解方向对所述高频分量进行分解，获得多个方向的高 频子带图像。
8. 如权利要求6所述的超声图像的放大装置，其特征在于，所述插值模块包括： 锐化单元，用于对所述多个方向的高频子带图像中每一个方向的高频子带图像进行锐 化； 第一插值单元，用于对锐化后的每一个方向的高频子带图像沿对应的方向进行插值， 获得每一个方向的高频子带放大图像； 第二插值单元，用于对原始超声图像进行牛顿插值，获得原始超声图像的插值图像。
9. 如权利要求6所述的超声图像的放大装置，其特征在于，所述频域重构模块包括： 第一频域重构单元，用于采用重构滤波器组的高频方向滤波器对每一个方向的高频子 带放大图像进行滤波，得到每一个方向的高频子带重构图像； 第二频域重构单元，用于采用重构滤波器组的低频方向滤波器对原始超声图像的插值 图像进行滤波，得到原始超声图像的重构图像； 叠加单元，用于将所述每一个方向的高频子带重构图像和原始超声图像的重构图像进 行叠加，获得叠加图像； 逆变换单元，用于对所述叠加图像进行傅里叶逆变换，获得放大后的超声图像。
10. 如权利要去8所述的超声图像的放大装置，其特征在于，所述第二插值单元具体用 于： 获取原始超声图像中的多个待插值点； 分别沿〇、45°、90° W及135°四个方向对所述多个待插值点进行牛顿插值，获得每 一个方向的插值图像； 按预设的每一个方向的权值对四个方向的插值图像求和，获得原始超声图像的插值图 像。
【文档编号】G06T3/40GK104463785SQ201410668306
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】王明悦 申请人:深圳市理邦精密仪器股份有限公司