用于在图像序列中的噪声降低的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于在图像的序列中的噪声降低的方法。
【背景技术】
[0002] 在动态数字放射线照相术中，实时产生对象的图像序列。在采集期间，多个连续的 数字图像或帧(帧图像)被取得。连续的图像例如依靠数字放射线照相术探测器被记录。
[0003] 本发明集中于其中运动或立即反馈是至关紧要的应用，例如在对比研究中的时间 演化或用来指导或检验手术动作的介入荧光检查。
[0004] 与静态X射线图像相比，每个图像或帧的剂量对于荧光检查的图像序列能够是非 常低的。
[0005] 结果，在单个帧中的噪声内容与静态图像相比高得多。因此，噪声降低在荧光检查 的图像序列的可视化增强的过程中是主要的考虑。
[0006] 通常，时空滤波技术用于通过利用在连续帧之间的强烈的相关性来降低噪声。
[0007] 最先进的算法使用运动估计来平衡空间的和时间的噪声滤波的强度。在静态图像 区中，时间的噪声滤波比空间的滤波更好得多地保持图像细节。然而，时间的滤波在强烈移 动场景中能够产生称为运动模糊的赝象。最先进的噪声降低算法试图通过当在帧上探测到 运动时降低时间的滤波的强度而有利于空间的滤波来避免运动模糊。
[0008] 由于高噪声内容，在荧光检查的图像序列中的运动的探测是非常困难的。运动补 偿的时空滤波经常无法精确地探测运动，因为高噪声内容使用于控制滤波器的图像梯度恶 化。
[0009] 几乎所有的最先进的噪声降低滤波器被实施为多尺度滤波器:这些滤波器被应用 到帧的小波或拉普拉斯金字塔表示。修改多尺度分解允许高频噪声信号的更多的滤波，同 时保持在图像中的中频和低频构造信号。
[0010] 提供不需要运动估计的多尺度时间的噪声降低方法是本发明的方面。
【发明内容】
[0011] 通过具有在权利要求1中阐述的特定特征的方法来实现以上提到的方面。本发明 的优选实施例的特定特征在从属权利要求中被阐述。
[0012] 本发明可适用但不限于在荧光检查医学成像中得到的帧的序列。一般而言，它能 够应用于通过各种类型的动态数字放射线成像(例如，动态数字放射线照相术)得到的图 像。
[0013] 帧能够通过用诸如应用在动态模式中的固态图像探测器的放射线传感器来记录 图像而得到。
[0014] 本发明的方法一般以当在计算机上运行时适于完成本发明的方法步骤的计算机 程序产品的形式被实施。计算机程序产品常见地被储存在诸如DVD的计算机可读载体介质 中。替选地，计算机程序产品采取电信号的形式并且能够通过电子通信被传送到用户。
[0015] 本发明的进一步优点和实施例将从下面的描述和绘图变得显而易见。
【附图说明】
[0016] 图1示意性地示出本发明的不同的步骤。
【具体实施方式】
[0017] 提出的方法是不需要运动估计的多尺度时间的噪声降低技术。
[0018] 本发明适用于所有众所周知的多尺度分解方法。
[0019] 图像的多尺度(或多分辨率，由此分辨率指代空间的分辨率)分解是在图像的灰度 值表示的多个尺度上计算细节图像的过程。
[0020] 多尺度分解机制一般包含把滤波器组应用到图像的灰度值表示用于计算细节图 像。众所周知的技术例如是:拉普拉斯金字塔、伯特(Burt)金字塔、拉普拉斯堆栈、小波分 解、QMF滤波器组等。
[0021] 细节图像的像素表示在细节图像的尺度上原始图像的像素值的变化量，由此尺度 指代这些变化的空间的幅度(spatial extent)。
[0022] 多尺度分解技术的示例被详尽地描述在欧洲专利申请527 525 A2中。
[0023] 在帧的序列中的感兴趣帧的多尺度噪声降低通过校正感兴趣帧的多尺度表示的 至少一个细节图像来获得。
[0024] 通过经由增加至少一个校正图像到所述感兴趣帧的多尺度表示中的（一个或多 个)对应(在相同尺度上)细节图像使得所述感兴趣帧的多尺度表示经受时间的滤波来执行 校正，（一个或多个)所述校正图像通过组合作为在感兴趣帧的多尺度表示与在所述序列中 的其他帧的选择的多尺度表示之间的差值得到的削波(clipped)的差值图像来计算。
[0025] 代替以上描述的加法，也能够执行乘法。然而这是更复杂的操作。
[0026] 根据本发明，仅仅高达预定义尺度smax的多尺度表示中的小的细节图像被修改。 smax的最佳值需要根据使用的像素分辨率和噪声特性而被选择。例如，如果在探测器中的像 素的装仓(b i nn i ng )被激活，贝lj smax将被降低。
[0027] 在高于Smax的尺度上的大的细节图像将不被修改。
[0028] 例如，如果在探测器中的像素的装仓被激活，则smax将被降低。
[0029] 在连续帧Ft-k、…、Ft-2、Ft-1上上 +1上+2，"_上+15的图像序列中，感兴趣帧?*的噪声 降低能够通过利用有限数量的先前帧卩，在采集的图像序列中的感兴趣 帧之前，紧接着之前或者仍然更早的帧)来获得。这允许以有限延迟实时处理图像序列。
[0030] 能够通过利用在序列中的许多后来的帧和许多先前帧两者Ft-^Ft+hFt-^Ft+2、一 来获得稍微更好的结果，因为在序列中的这些最靠近的帧将与感兴趣帧Ft更相似(t表示采 集的相对时间）。然而，利用连续帧F t+1、Ft+2、···将引入更大的延迟，这在实时应用中不是最 佳的。
[0031 ]此后，解释实施例，由此仅仅先前帧被用于时间的滤波。
[0032] 在时间的滤波中包含的先前帧（在感兴趣帧之前）的数量需要根据在感兴趣帧中 的噪声特性以及期望的噪声降低的量而被选择。
[0033] 例如，局部标准偏差值(滑动窗口）是对感兴趣帧中的尺度0上的像素计算的，这些 值的频率柱状图被产生并且这个柱状图的最大仓(bin)用于确定Smax。
[0034] 提出的方法逐对地比较每个个别的先前帧Ft-k的多尺度表示与感兴趣帧Ft的多尺 度表不。
[0035] 对于高达尺度smax的每个尺度s，通过从细节图像ds,t-k的像素值减去细节图像d s,t 的像素值来计算差值图像diffs,t-k。
[0036] 在每个包含的先前帧Ft-k、…、的多尺度表示与感兴趣帧Ft的多尺度表示 之间计算这些差值图像。
[0037] 差值图像diffs,t-k、…、diffs,t-2、diffs,t-i含有由于噪声的差值而且含有由于场景 运动的差值。
[0038] 为了避免运动赝象或运动模糊，由于场景运动的差值需要在差值图像中被降低。
[0039] 因为由于噪声的像素差值比由场景运动导致的像素差值具有更小的幅值，所以削 波是用来校正由于场景运动的像素差值的高效方式。每尺度预定义的削波界限能够被使 用。
[0040] 更自适应的途径是以在感兴趣帧Ft中的计算的噪声等级nso的函数来定义削波界 限。
[0042]乘法因子匕是用来考虑到在不同细节尺度上噪声振幅的下降的尺度相关的归一 化因子。
[0043]乘法因子w能够被分配给预定义的值或者能够是图像质量测量(例如，信噪比）的 反函数。
[0044]对于带有高SNR的图像，噪声内容将是低的并且没有或者少许校正被需要。对于带 有低SNR的图像，噪声内容将是高的并且削波界限必须足够大以获得充分的噪声降低。 [0045]从削波的差值图像计算校正图像corr s。这些校正图像被增加到感兴趣帧的多尺 度表示的对应的细节图像(具有对应像素（即，带有在帧中的相同位置的像素）的值的校正 图像被增加）。
[0046]校正图像能够被计算作为差值图像的平均：
而且，加权求平均是可能的，其中对于正被使用的更老的帧的权重下降。
[0047]感兴趣帧的校正的多尺度表示能够被进一步地用于可视化增强处理或者能够被 重建为噪声降低的输出帧。
[0048]具体描述了当前发明的优选的实施例，对于本领域中的技术人员现将显然的是在 不脱离如在所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下能够在其中进行众多修改。这样 的修改的示例是把附加的空间滤波步骤应用到个别的差值图像以去除线性结构(源自运动 赝象）。
【主权项】
1. 一种用于在数字放射线成像中处理在连续采集的帧的序列中的感兴趣帧的方法，包 括以下步骤： -产生帧的多尺度表示，所述多尺度表示包括在不同尺度上的细节图像， -通过增加至少一个校正图像到所述感兴趣帧的多尺度表示中的（一个或多个)对应细 节图像，使所述感兴趣帧的多尺度表示经受时间的滤波，所述校正图像通过组合作为在感 兴趣帧的多尺度表示与在所述序列中的其他帧的选择的多尺度表示之间的差值得到的削 波的差值图像来计算。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述其他帧是在所述序列中的在将被处理的图像 之前的预定义数量的图像帧。3. 根据权利要求2所述的方法，其中在所述感兴趣帧之前的所述其他帧是在所述序列 中的连续帧。4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述其他帧是在所述感兴趣帧之前的预定义数量 的帧以及在所述感兴趣帧之后的预定义数量的帧。5. 根据权利要求2或4所述的方法，其中帧的所述预定义数量是在所述感兴趣帧中的噪 声特性和/或期望的噪声降低的量的函数。6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述削波的差值图像通过用每尺度定义的削波界 限来对差值图像进行削波而得到。7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述削波的差值图像通过用取决于在所述感兴趣 帧中计算的噪声等级的值的削波界限来对差值图像进行削波而得到。8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述时间的滤波仅被应用到高达预定义尺度smax的 细节图像。9. 一种计算机程序产品，当在计算机上运行时适于完成之前的权利要求中的任何权利 要求的方法。10. -种计算机可读介质，包括适于完成权利要求1-8中的任何权利要求的步骤的计算 机可执行程序代码。
【专利摘要】一种用于在动态数字放射线照相术中处理连续采集的帧的序列中的帧的方法，其中帧的多尺度表示通过把至少一个校正图像增加到在感兴趣帧的多尺度表示中的（一个或多个）对应的细节图像而经受时间的滤波，所述校正图像通过组合作为在感兴趣帧的多尺度表示与在所述序列中的其他帧的选择的多尺度表示之间的差值而得到的削波的差值图像而被计算。
【IPC分类】G06T5/50, G06T5/00
【公开号】CN105593899
【申请号】CN201480054601
【发明人】T.伯坦斯
【申请人】爱克发医疗保健公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年9月15日
【公告号】WO2015049103A1