基于金字塔局部对比度的动态图像增强方法及装置与流程

本发明属于医学影像处理技术领域，尤其涉及一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强方法及装置。

背景技术：

医学x线影像增强，经常采用金字塔多分辨率全局增强算法，这种算法是将原始的动态图像分解为高斯金字塔和拉普拉斯金字塔，再对拉普拉斯金字塔进行全局增强处理，并利用处理后的拉普拉斯金字塔进行重构；这种处理后的动态图像细节突出、对比度好、层次感强，但它在细节增强的过程中是对动态图像进行全局增强处理，不区分边缘和噪声，都做强度相同的增强，在增强细节的同时也放大了噪声，对细微边缘增强的远远不够。

技术实现要素：

本发明提供一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强方法及装置，旨在利用金字塔多分辨率全局增强算法对动态图像的细节进行全局增强时，以引入的局部对比度金字塔作为金字塔增强强度的参考，对细微边缘进行充分的增强，从而提高动态图像的显示效果。

本发明提供了一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强方法，包括：

利用金字塔多分辨率全局增强算法对待处理的动态图像进行金字塔分解，得到高斯金字塔和拉普拉斯金字塔；

根据所述高斯金字塔和拉普拉斯金字塔生成局部对比度金字塔，并对所述局部对比度金字塔进行增强处理，得到增强后的局部对比度金字塔；

利用增强后的局部对比度金字塔对所述高斯金字塔进行增强处理，得到增强后的高斯金字塔；

利用增强后的高斯金字塔对所述拉普拉斯金字塔进行增强处理，得到增强后的拉普拉斯金字塔；

利用增强后的拉普拉斯金字塔进行金字塔重构，得到增强后的动态图像。

进一步地，生成局部对比度金字塔的公式为：

对所述局部对比度金字塔进行增强处理的公式为：

enlctpyr＝lctpyr^1-enlctparam，

其中，lctpyr为局部对比度金字塔，laplacepyr为拉普拉斯金字塔，gausspyr为高斯金字塔，enlctpyr为增强后的局部对比度金字塔，enlctparam为预置的对比度增强强度参数。

进一步地，所述利用增强后的局部对比度金字塔对所述高斯金字塔进行增强处理，得到增强后的高斯金字塔，包括：

根据所述拉普拉斯金字塔的取值大小、增强后的局部对比度金字塔和预先定义的小值掩模金字塔、小值增强高斯金字塔和大值增强高斯金字塔对所述高斯金字塔进行增强处理，得到增强后的高斯金字塔。

进一步地，所述预先定义的小值掩模金字塔的公式为：

预先定义的小值增强高斯金字塔的公式为：

预先定义的大值增强高斯金字塔的公式为：

对所述高斯金字塔进行增强处理的公式为：

engausspyr＝smallmaskpyr*smallengausspyr+(1-smallmaskpyr)*largeengausspyr

其中，smallmaskpyr为小值掩模金字塔，l为金字塔层，r为行坐标，c为列坐标，laplacepyr为拉普拉斯金字塔，smallengausspyr为小值增强高斯金字塔，enlctpyr为增强后的局部对比度金字塔，gausspyr为高斯金字塔，largeengausspyr为大值增强高斯金字塔，engausspyr为增强后的高斯金字塔。

进一步地，对所述拉普拉斯金字塔进行增强处理的公式为：

enlaplacepyr＝laplacepyr+engausspyr-gausspyr，

其中，enlaplacepyr为增强后的拉普拉斯金字塔，laplacepyr为拉普拉斯金字塔，engausspyr为增强后的高斯金字塔，gausspyr为高斯金字塔。

本发明还提供了一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强装置，包括：

分解模块，用于利用金字塔多分辨率全局增强算法对待处理的动态图像进行金字塔分解，得到高斯金字塔和拉普拉斯金字塔；

局部对比度增强模块，用于根据所述高斯金字塔和拉普拉斯金字塔生成局部对比度金字塔，并对所述局部对比度金字塔进行增强处理，得到增强后的局部对比度金字塔；

高斯金字塔增强模块，用于利用增强后的局部对比度金字塔对所述高斯金字塔进行增强处理，得到增强后的高斯金字塔；

拉普拉斯金字塔增强模块，用于利用增强后的高斯金字塔对所述拉普拉斯金字塔进行增强处理，得到增强后的拉普拉斯金字塔；

重构模块，用于利用增强后的拉普拉斯金字塔进行金字塔重构，得到增强后的动态图像。

进一步地，生成局部对比度金字塔的公式为：

对所述局部对比度金字塔进行增强处理的公式为：

enlctpyr＝lctpyr^1-enlctparam，

其中，lctpyr为局部对比度金字塔，laplacepyr为拉普拉斯金字塔，gausspyr为高斯金字塔，enlctpyr为增强后的局部对比度金字塔，enlctparam为预置的对比度增强强度参数。

进一步地，所述局部对比度增强模块，具体用于根据所述拉普拉斯金字塔的取值大小、增强后的局部对比度金字塔和预先定义的小值掩模金字塔、小值增强高斯金字塔和大值增强高斯金字塔对所述高斯金字塔进行增强处理，得到增强后的高斯金字塔。

进一步地，所述预先定义的小值掩模金字塔的公式为：

预先定义的小值增强高斯金字塔的公式为：

预先定义的大值增强高斯金字塔的公式为：

对所述高斯金字塔进行增强处理的公式为：

engausspyr＝smallmaskpyr*smallengausspyr+(1-smallmaskpyr)*largeengausspyr

其中，smallmaskpyr为小值掩模金字塔，l为金字塔层，r为行坐标，c为列坐标，laplacepyr为拉普拉斯金字塔，smallengausspyr为小值增强高斯金字塔，enlctpyr为增强后的局部对比度金字塔，gausspyr为高斯金字塔，largeengausspyr为大值增强高斯金字塔，engausspyr为增强后的高斯金字塔。

进一步地，对所述拉普拉斯金字塔进行增强处理的公式为：

enlaplacepyr＝laplacepyr+engausspyr-gausspyr，

其中，enlaplacepyr为增强后的拉普拉斯金字塔，laplacepyr为拉普拉斯金字塔，engausspyr为增强后的高斯金字塔，gausspyr为高斯金字塔。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供的一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强方法及装置，首先，利用金字塔多分辨率全局增强算法将对待处理的动态图像分解为高斯金字塔和拉普拉斯金字塔；然后，根据高斯金字塔和拉普拉斯金字塔生成局部对比度金字塔，并对局部对比度金字塔进行增强处理，得到增强后的局部对比度金字塔；再然后，利用增强后的局部对比度金字塔对高斯金字塔进行增强处理，并利用增强后的高斯金字塔对拉普拉斯金字塔进行增强处理，得到增强后的拉普拉斯金字塔；最后，利用增强后的拉普拉斯金字塔进行金字塔重构，得到增强后的动态图像；本发明与现有技术相比，通过引入局部对比度金字塔作为金字塔增强强度的参考，对不同层的细微边缘进行增强，使得在利用金字塔多分辨率全局增强算法对细节进行增强时，可以对细微边缘处进行充分的增强，从而提高动态图像信噪比，使得动态图像的显示效果提高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强方法的实现过程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的对待处理的动态图像进行分解重构的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强装置的模块示意图。

具体实施方式

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。

由于现有技术中存在利用金字塔多分辨率全局增强算法对动态图像进行全局增强处理时，对细微边缘增强的远远不够的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强方法及装置，如图1所示，利用金字塔多分辨率全局增强算法对输入的待处理的动态图像进行金字塔分解，得到高斯金字塔和拉普拉斯金字塔；根据所述高斯金字塔和拉普拉斯金字塔生成局部对比度金字塔，并对所述局部对比度金字塔进行增强处理，得到增强后的局部对比度金字塔；利用增强后的局部对比度金字塔对所述高斯金字塔进行增强处理，并利用增强后的高斯金字塔对所述拉普拉斯金字塔进行增强处理，得到增强后的拉普拉斯金字塔；利用增强后的拉普拉斯金字塔进行金字塔重构，得到增强后的动态图像，并输出所述增强后的动态图像。

下面具体介绍本发明提供的一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强方法，如图2所示，包括：

步骤s1，利用金字塔多分辨率全局增强算法对待处理的动态图像进行金字塔分解，得到高斯金字塔和拉普拉斯金字塔；

具体地，本发明实施例对动态图像进行金字塔分解时，分解为三层。如图3所示，为利用金字塔分解重构算法对待处理的动态图像进行三层金字塔分解重构的示意图，金字塔分解为高斯金字塔和拉普拉斯金字塔，其中，高斯金字塔是循环对待处理的动态图像滤波下采样获取到的，对应图中的g0～g2，用高斯金字塔来表示；拉普拉斯金字塔对应图3中的l0～l2，其中，前两层是通过当前层高斯金字塔与下一层高斯金字塔上采样再滤波后相减得到的，而拉普拉斯金字塔的最后一层与高斯金字塔的最后一层相同，即l2＝g2。金字塔的重构，是用拉普拉斯金字塔来重构的，从最后一层开始，循环对图像上采样滤波再与上一层的图像相加，直到第0层，由于金字塔分解重构属于图像基础知识，所以在此不再赘述。

步骤s2，根据所述高斯金字塔和拉普拉斯金字塔生成局部对比度金字塔，并对所述局部对比度金字塔进行增强处理，得到增强后的局部对比度金字塔；

具体地，计算拉普拉斯金字塔和高斯金字塔的每层的局部对比度，由计算出的每层的局部对比度合起来即组成了局部对比度金字塔。本发明实施例中，是将动态图像分解为三层，即金字塔第0层、第1层和第2层，由于最后一层属于低频信息，不属于高频细节，所以，在进行分层处理时，对金字塔最后一层即第2层不操作。

具体地，生成局部对比度金字塔的公式为：

具体地，根据对应的拉普拉斯金字塔和高斯金字塔的每一层计算每一层的局部对比度，本发明实施例是利用上述公式计算第0层和第1层的局部对比度，从而生成局部对比度金字塔。

对所述局部对比度金字塔进行增强处理的公式为：

enlctpyr＝lctpyr^1-enlctparam，

其中，lctpyr为局部对比度金字塔，laplacepyr为拉普拉斯金字塔，gausspyr为高斯金字塔，enlctpyr为增强后的局部对比度金字塔，enlctparam为预置的对比度增强强度参数，其取值范围为0.0～1.0。

步骤s3，利用增强后的局部对比度金字塔对所述高斯金字塔进行增强处理，得到增强后的高斯金字塔；

具体地，根据所述拉普拉斯金字塔的取值大小、增强后的局部对比度金字塔和预先定义的小值掩模金字塔、小值增强高斯金字塔和大值增强高斯金字塔对所述高斯金字塔进行增强处理，得到增强后的高斯金字塔。

其中，预先定义的小值掩模金字塔的公式为：

其中，预先定义的小值增强高斯金字塔的公式为：

其中，预先定义的大值增强高斯金字塔的公式为：

其中，对所述高斯金字塔进行增强处理的公式为：

engausspyr＝smallmaskpyr*smallengausspyr+(1-smallmaskpyr)*largeengausspyr

其中，smallmaskpyr为小值掩模金字塔，l为金字塔层，r为行坐标，c为列坐标，laplacepyr为拉普拉斯金字塔，smallengausspyr为小值增强高斯金字塔，enlctpyr为增强后的局部对比度金字塔，gausspyr为高斯金字塔，largeengausspyr为大值增强高斯金字塔，engausspyr为增强后的高斯金字塔。

具体地，利用上述高斯金字塔增强处理的公式对高斯金字塔的每层进行增强处理，从而得到增强后的高斯金字塔；更具体地，当拉普拉斯金字塔的某一层的某个像素值小于0时，对应的小值掩模金字塔取1，则利用小值增强高斯金字塔对高斯金字塔进行增强处理；当拉普拉斯金字塔的某一层的某个像素值大于0时，对应的小值掩模金字塔取0，则利用大值增强高斯金字塔对高斯金字塔进行增强处理，对每层(第0层和第1层)都进行增强处理后，即可得到增强后的高斯金字塔。

步骤s4，利用增强后的高斯金字塔对所述拉普拉斯金字塔进行增强处理，得到增强后的拉普拉斯金字塔；

具体地，对所述拉普拉斯金字塔进行增强处理的公式为：

enlaplacepyr＝laplacepyr+engausspyr-gausspyr，

其中，enlaplacepyr为增强后的拉普拉斯金字塔，laplacepyr为拉普拉斯金字塔，engausspyr为增强后的高斯金字塔，gausspyr为高斯金字塔。

具体地，利用上述拉普拉斯金字塔增强处理的公式对每层(第0层和第1层)的拉普拉斯金字塔进行增强，即可得到增强后的拉普拉斯金字塔。

步骤s5，利用增强后的拉普拉斯金字塔进行金字塔重构，得到增强后的动态图像。

具体地，利用前面介绍的金字塔重构方法对降噪后的拉普拉斯金字塔进行重构，从而获取到降噪处理后的动态图像。

本发明实施例提供的一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强方法，通过引入局部对比度金字塔作为金字塔增强强度的参考，对不同层的细微边缘进行增强，使得在利用金字塔多分辨率全局增强算法对细节进行增强时，可以对细微边缘处进行充分的增强，从而提高动态图像信噪比，使得动态图像的显示效果提高。

下面具体介绍本发明提供的一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强装置，如图4所示，包括：

分解模块1，用于利用金字塔多分辨率全局增强算法对待处理的动态图像进行金字塔分解，得到高斯金字塔和拉普拉斯金字塔；

具体地，本发明实施例对动态图像进行金字塔分解时，分解为三层。

局部对比度增强模块2，用于根据所述高斯金字塔和拉普拉斯金字塔生成局部对比度金字塔，并对所述局部对比度金字塔进行增强处理，得到增强后的局部对比度金字塔；

具体地，计算拉普拉斯金字塔和高斯金字塔的每层的局部对比度，由计算出的每层的局部对比度合起来即组成了局部对比度金字塔。本发明实施例中，是将动态图像分解为三层，即金字塔第0层、第1层和第2层，由于最后一层属于低频信息，不属于高频细节，所以，在进行分层处理时，对金字塔最后一层即第2层不操作。

具体地，生成局部对比度金字塔的公式为：

具体地，根据对应的拉普拉斯金字塔和高斯金字塔的每一层计算每一层的局部对比度，本发明实施例是利用上述公式计算第0层和第1层的局部对比度，从而生成局部对比度金字塔。

具体地，对所述局部对比度金字塔进行增强处理的公式为：

enlctpyr＝lctpyr^1-enlctparam，

其中，lctpyr为局部对比度金字塔，laplacepyr为拉普拉斯金字塔，gausspyr为高斯金字塔，enlctpyr为增强后的局部对比度金字塔，enlctparam为预置的对比度增强强度参数，其取值范围为0.0～1.0。

高斯金字塔增强模块3，用于利用增强后的局部对比度金字塔对所述高斯金字塔进行增强处理，得到增强后的高斯金字塔；

具体地，用于根据所述拉普拉斯金字塔的取值大小、增强后的局部对比度金字塔和预先定义的小值掩模金字塔、小值增强高斯金字塔和大值增强高斯金字塔对所述高斯金字塔进行增强处理，得到增强后的高斯金字塔。

其中，预先定义的小值掩模金字塔的公式为：

其中，预先定义的小值增强高斯金字塔的公式为：

其中，预先定义的大值增强高斯金字塔的公式为：

其中，对所述高斯金字塔进行增强处理的公式为：

engausspyr＝smallmaskpyr*smallengausspyr+(1-smallmaskpyr)*largeengausspyr

其中，smallmaskpyr为小值掩模金字塔，l为金字塔层，r为行坐标，c为列坐标，laplacepyr为拉普拉斯金字塔，smallengausspyr为小值增强高斯金字塔，enlctpyr为增强后的局部对比度金字塔，gausspyr为高斯金字塔，largeengausspyr为大值增强高斯金字塔，engausspyr为增强后的高斯金字塔。

具体地，利用上述高斯金字塔增强处理的公式对高斯金字塔的每层进行增强处理，从而得到增强后的高斯金字塔；更具体地，当拉普拉斯金字塔的某一层的某个像素值小于0时，对应的小值掩模金字塔取1，则利用小值增强高斯金字塔对高斯金字塔进行增强处理；当拉普拉斯金字塔的某一层的某个像素值大于0时，对应的小值掩模金字塔取0，则利用大值增强高斯金字塔对高斯金字塔进行增强处理，对每层(第0层和第1层)都进行增强处理后，即可得到增强后的高斯金字塔。

拉普拉斯金字塔增强模块4，用于利用增强后的高斯金字塔对所述拉普拉斯金字塔进行增强处理，得到增强后的拉普拉斯金字塔；

具体地，对所述拉普拉斯金字塔进行增强处理的公式为：

enlaplacepyr＝laplacepyr+engausspyr-gausspyr，

其中，enlaplacepyr为增强后的拉普拉斯金字塔，laplacepyr为拉普拉斯金字塔，engausspyr为增强后的高斯金字塔，gausspyr为高斯金字塔。

具体地，利用上述拉普拉斯金字塔增强处理的公式对每层(第0层和第1层)的拉普拉斯金字塔进行增强，即可得到增强后的拉普拉斯金字塔。

重构模块5，用于利用增强后的拉普拉斯金字塔进行金字塔重构，得到增强后的动态图像。

具体地，利用前面介绍的金字塔重构方法对降噪后的拉普拉斯金字塔进行重构，从而获取到降噪处理后的动态图像。

本发明实施例提供的一种基于金字塔局部对比度的动态图像增强装置，通过引入局部对比度金字塔作为金字塔增强强度的参考，对不同层的细微边缘进行增强，使得在利用金字塔多分辨率全局增强算法对细节进行增强时，可以对细微边缘处进行充分的增强，从而提高动态图像信噪比，使得动态图像的显示效果提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。