血管图像增强方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗应用及图像增强领域，特别是涉及到一种血管图像增强方法。
【背景技术】
[0002]血管纹路提取增强的目的在于对质量较差、图像分辨率较低或对比度微弱的血管分布图像中的血管纹路进行快速有效的提取，使得观察者能够从低质量原始图像中实时获得血管纹路的相关信息，包括纹路走向、纹路形状及其准确位置等。目前血管纹路增强方法主要应用于直接辅助医疗诊断或者身份识别的预处理。前者应用于诸如在静脉穿刺活动中，当对象是儿童、妇女、肥胖人群或皮肤较深的病人，因为血管较细或者皮层较厚，导致血管不易看清，血管增强算法可以迅速获取相应的静脉纹路，使之清晰化，使得医护人员能够快速准确地在病人身上找到待穿刺血管位置。后者可在诸如利用人体手臂静脉血管或者人眼视网膜血管进行的身份识别应用中，起到对原始图像血管纹路清晰化提取的预处理作用，经过预处理后的图像由于响应血管位置准确、纹路清晰，可以保证后续的模式识别及其分类算法的识别准确度。
[0003]根据对图像目标特征增强的程度，可将目前对静脉纹路进行增强的算法分为:针对图像对比度提升的增强算法、针对图像纹路特征的增强算法两大类。
[0004]针对图像对比度提升的增强算法，主要依靠诸如基本灰度变换、直方图处理以及基于光反射模型诸如Retinex算法等技术，对图像主体的对比度进行提升，将感兴趣区域与背景区别开。在静脉纹路增强的应用中，这一类算法主要适合于静脉纹路图像已较为清晰的图像。即只需要对相应图像的对比度进行提升就能明显获得相应的静脉纹路信息，方法的优点在于能更多地保留住图像的细节信息，缺点则是无法对微弱纹路部位做到很好的增强。
[0005]针对图像纹路特征增强算法，主要参考图像中相应纹路特征的结构描述，诸如纹路分布特性、纹路方向信息等，然后针对性的对相应纹路结构进行增强。
[0006]利用图像纹路方向特性的方法，因为充分使用了图像纹路的线型特征信息，可以较好地保持血管局部细节与线型特征。主流的做法为先对图像纹路特征的方向进行提取，然后针对获得的方向进行相应的滤波增强或者图像分割，最终提取出感兴趣的静脉纹路信息。但这些方法往往复杂度较高，尤其在对血管纹路方向提取的过程中，需要使用一定大小的邻域像素进行计算，邻域范围越大，提取准确度越高，但相应的算法时间复杂度呈0(n2)增长。为此我们发明了一种新的血管图像增强方法，解决了以上技术问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种既可以对较差质量、弱对比度血管分布视频图像进行准确清晰的血管纹路提取，又能够做到实时处理的血管图像增强方法。
[0008]本发明的目的可通过如下技术措施来实现:血管图像增强方法，所述血管图像增强方法包括:步骤1，采集血管图像；步骤2，确定Harr型线滤波器尺度σ ;步骤3，采用多个方向的Harr型线滤波器对血管图像进行滤波；以及步骤4，将各方向Harr型线滤波器的滤波结果融合成一幅图像。
[0009]本发明的目的还可通过如下技术措施来实现:
[0010]所述血管图像增强方法中采用的Harr型线滤波器为中间区域与二侧区域符号相反，二侧区域呈轴对称，所有权值之和为O的滤波模板。
[0011]在步骤3中，采用的多个方向的Harr型线滤波器的方向至少包括水平、垂直、45度、135度四个方向。
[0012]步骤2包括:
[0013]在指定的尺度范围[a, b]内，选择I个尺度σ ” i = 0，…，I，其中，a和b是指定的尺度范围；
[0014]选取若干方向的Harr型线滤波器对图像进行滤波；
[0015]对每个尺度，分别统计所获得的各像素点的各方向滤波中最大值的分布；
[0016]计算各分布中最大M个像素的平均，并用所选尺度进行归一化，其中，M为预先设定值;
[0017]选该平均值最大对应的尺度OiS合适的尺度。
[0018]在步骤2中，确定一组Harr型线滤波器尺度，包括适用于不同宽度血管的多个尺度，并用这组尺度对应的各Harr型线滤波器同时对图像逐点滤波，取同方向不同尺度Harr型线滤波器的最大响应值作为该方向Harr型线滤波器的输出。
[0019]在步骤4中，逐像素采用如下方法之一进行各方向Haar线滤波器的输出结果的融合:
[0020]取各Harr型线滤波器输出结果的最大值；
[0021]取各Harr型线滤波器输出结果中大于阈值TH的结果取平均、求和或二值化后“或”.
[0022]先取得每对相互正交的Harr型线滤波器的滤波结果的最大值，再取各所得最大值中的最小值。
[0023]在所述的取各Harr型线滤波器输出结果中大于阈值TH的结果取平均、求和或二值化后“或”的方法中，其中阈值TH的确定方法为:
[0024]选取一个图像区域R0I，并计算该区域ROI中各方向Harr型线滤波器的输出；
[0025]统计各方向Harr型线滤波器的输出分布；
[0026]利用该分布确定全局阈值TH。
[0027]步骤4包括:
[0028]采用Haar型线滤波器对图像进行滤波的同时，采用与所述各方向相同方向的Harr型边滤波器对图像进行滤波；
[0029]调整各方向Harr型线滤波结果，即减去相应方向的Harr型边滤波输出结果绝对值的一定比例；
[0030]用调整后的各方向Harr型线滤波器的滤波结果融合成一幅图像。
[0031]所述血管图像增强方法还包括，在步骤I之后，对采集的血管图像进行预处理。
[0032]所述的对采集的血管图像进行预处理的步骤包括:
[0033]对原始图像进行全局或局部的直方图增强；
[0034]对原始图像进行Wallis变换增强处理。
[0035]本发明中的血管图像增强方法，针对上述血管图像信号微弱情况，对比度提升等灰度变换算法无法直接有效地提取纹路，而常规的利用图像纹路结构或方向信息进行血管增强算法，因复杂度太高无法实现实时处理，提出一种既可以对较差质量、弱对比度血管分布视频图像进行准确清晰的血管纹路提取，又能够做到实时处理的方法。该方法首先对待增强血管纹路的宽度进行估计，依此选择合适的滤波模板尺度，然后使用多个方向的Haar型线滤波器(简称Haar线滤波器)同时作用于血管分布图像，逐像素或者逐块进行方向滤波计算，并将各个方向的结果融合成一幅图像。若原始图像带有诸如皮肤表面鱼鳞状反射等干扰时，对血管的纹路提取增强结果中可能会包含较多杂波噪声，此时可以使用每个Haar型线滤波器对应方向的Haar型边滤波器(简称Haar边滤波器)对该方向滤波结果进行融合，从而消除增强后纹路附近的杂波噪声，提高纹路的清晰度。
【附图说明】
[0036]图1为本发明的血管图像增强方法的一具体实施例的流程图；
[0037]图2为本发明的一具体实施例中四个方向的Haar型线滤波器模板的一个实例示意图；
[0038]图3为本发明的一具体实施例中四个方向的Haar型边滤波器模板的一个实例示意图；
[0039]图4为本发明的一具体实施例中确定Harr型线滤波器尺度σ的流程图；
[0040]图5为本发明的一具体实施例中确定对多个方向滤波结果融合所需要的比较阈值TH的流程图；
[0041]图6为本发明的一具体实施例中用于计算合适滤波模板尺度所选取的中央核心区域(ROI)区域示意图。
【具体实施方式】