一种胶囊内窥镜相似图像的自适应筛除方法
【专利摘要】本发明公开了一种胶囊内窥镜相似图像的自适应筛除方法，步骤包括：首先将所有原始图像按照时间顺序分割成若干子图像序列；并对子图像序列进行采样，计算采样序列中两张相邻图像的相似度，并筛除相似图像，最后将剩余的图像作为筛选后的图像输出。与现有技术相比，本发明的胶囊内窥镜相似图像的自适应筛除方法充分考虑了胶囊内窥镜相似图像的时间相关性和结构相关性，采用结构相似度作为胶囊内窥镜图像相似程度的度量，相比于其它方法具有更高的准确性，并有效降低了胶囊内窥镜图像的数量级，方便医生诊断分析。
【专利说明】
一种胶囊内窥镜相似图像的自适应筛除方法
技术领域
[0001] 本发明涉及的是数字图像处理的技术领域，尤其涉及的是一种胶囊内窥镜相似图 像的自适应筛除方法。
【背景技术】
[0002] 目前的胶囊内窥镜产品，每秒拍摄的图像数量(fps)在2~30之间，最大时长达到8 小时。取fPS为16计算，每次胶囊内窥镜检查过程共拍摄16 X 60 X 60 X 8 = 460800张图像。如 果不进行任何处理，医生必须在这个将近50万张的图像集里逐张检查分析，以得出诊断结 果。这一过程不仅费时费力，而且医生在视觉疲劳时可能会错过有异常的病灶图像从而漏 诊。另外，随着技术的发展，胶囊内窥镜视频图像的数量将持续增大，相应地，医生的诊断工 作量也会增大，因此，诊断效率和诊断正确率都会进一步降低。随着医学影像处理技术的发 展，利用计算机技术和图像处理技术来辅助医学诊断变得越来越重要。
[0003] 经过研究胶囊内窥镜技术的临床诊断过程发现，胶囊内窥镜图像具有一个显著特 征，那就是存在大量的相似图像;另外，由于胶囊在人体内不同部位的移动速度不同，导致 在不同时间段内出现的相似图像数量也不同。因此，如何结合胶囊内窥镜图像的这个特点， 利用数字图像处理技术，设计出一种胶囊内窥镜相似图像的筛除方法和系统具有重要的应 用价值。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种胶囊内窥镜相似图像的自适 应筛除方法，以降低医生的诊断工作量，提高诊断效率和诊断正确率。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] 本发明提供了一种胶囊内窥镜相似图像的自适应筛除方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤Sl:将所有原始图像按照时间顺序分割成若干子图像序列；
[0008] 步骤S2:取步骤Sl中的一个子图像序列作为当前待处理的图像序列P:
[0009] P={Pi,P2,...,Pn}
[0010] 式中，N为序列P中图像的数量；
[0011] 步骤S3:以米样间隔T对序列P进彳丁米样，得到米样序列Pt:
[0012] 4 = 户/'2,…，為.'厂，
[0013] 式中，T1 = I5IV1 = I^Li = U,...，m-l;m=N/T取整；
[0014] 此时，P用区间表示为：
[0015] P = {[ΡΤι, Ρ-ΓΗ]".·, [PTi, PTi+1._:1],…,[Prill., Prill-J,
[0016] 步骤S4:对Pt中的两张相邻图像计算相似度为^;
[0017]步骤S5:筛除相似图像，具体为：
[0018] 步骤S501:如果不小于0.9，表明两张图像极为相似，则判定该抽样间隔中的图 像序列全部相似，因此只需保留一张图像就可以；具体处理方法是在待处理图像序列P中， 将位于区间中的图像全部移除，仅保留埒?+1;否则进行步骤S502;
[0019] 步骤S502:如果％不小于0.8,表明两张图像大体相似，则判定该抽样间隔中的图像序 列发生缓慢变化，此时保留一半图像;具体处理方法是在待处理图像序列P中，对位于区间 [化八 +1]中的图像，每隔一张图像移除一张图像，即移除的图像序列为仍V卜~，匕1+4 式中，jST/2取整;否则进行步骤S503;
[0020] 步骤S503:如果和t不小于0.7，表明两张图像相似度很低，则判定该抽样间隔中的 图像序列发生较大变化，此时对区间[&>_^^ +1]中的图像，以fps为间隔，依次移除相应的图 像，即移除的图像序列为?尸Ti，4+淋，4+2彻·，…式中，K为T/fps取整，否则不 移除该区间任何图像，所述fp S为胶囊内窥镜每秒拍摄的图像数量；
[0021 ]步骤S504:如果心/j、于〇. 7，表明两张图像相似度极低，则判定该抽样间隔中的图 像序列全部不同，此时所有图像序列都需保留，因此不做处理；
[0022]步骤S6:如果步骤S4中的相似度没有计算完，则i = i+l，执行步骤S4;否则进行步 骤S7;
[0023] 步骤S7:当前待处理的图像序列筛选完成，继续下一待处理的图像序列筛选，直至 所有图像序列筛选完成后，保存剩下的图像，作为筛选后的图像输出。
[0024] 进一步地，由于胶囊内窥镜拍摄完一张图像后，其内部的数字图像处理模块会对 图像命名和编号，其命名中会包含拍摄时间信息，其编号也是以时间为顺序进行的，且每张 原始图像对应一个唯一的序列号，因此，所述步骤1中，也可以将原始图像直接按照序列号 顺序或命名顺序分割成若干子图像序列。
[0025]进一步地，所述步骤3中，采样间隔T为fps的3~5倍。
[0026]进一步地，所述步骤4中，相似度的计算方法采用结构相似度算法，包括以下步 骤：
[0027]步骤S401:比较两张相邻图像的亮度相似度：
[0028]
[0029] 式中，Χ，Υ表示进行比较的两张图像;μχ、μγ分别表示Χ、Υ图像的均值，均值是衡量图 像整体亮度的指标;C1= (K1L)2 ,K1，L为常数，一般取心=0.01，L = 255;
[0030] 藤Q/m9. P 4#日细El梅.的对比度相似度：
[0031]
[0032] 式中，σχ、σγ表示X、Y图像的标准差，标准差是衡量图像整体对比度的指标；C2 = (K2L)2, K2 为常数，一般取 K2 = O .03;
[0033]步骤S403:比较两张相邻图像的结构相似度：
[0034；
[0035]式中：σχγ表不图像X和Y的协方差，协方差是衡量两张图像相似性的指标;C3 = C2/ 2；
[0036] 步骤S404:计算相似度5^为：
[0037]
[0038] 本发明相比现有技术具有以下优点:本发明提供了一种胶囊内窥镜相似图像的自 适应筛除方法，该方法用于筛除胶囊内窥镜图像中的相似图像，从而降低图像数量级，方便 医生诊断分析。该方法充分考虑了胶囊内窥镜相似图像的时间相关性和结构相关性，采用 结构相似度作为胶囊内窥镜图像相似程度的度量，相比于其它方法具有更高的准确性;采 用抽样计算的方法，减小了计算次数，缩短了处理时间；采用分段阈值的判断方法，兼顾了 筛选质量和筛选效率，易于实现和扩展。
【附图说明】
[0039] 图1为胶囊内窥镜相似图像的自适应筛除方法的步骤流程图；
[0040] 图2为结构相似度算法的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0041] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0042] 实施例1
[0043] 本实施例提供的一种胶囊内窥镜相似图像的自适应筛除方法，如图1~2所示，包 括以下步骤：
[0044] 步骤SI:将所有原始图像按照时间顺序分割成若干子图像序列；这里的原始图像 是从佩戴在受检者身上的图像接收装置读取到计算机内的，一般图像接收装置是通过SD卡 的形式存储接收图像，每张原始图像对应一个唯一的序列号，所以只需将SD卡与计算机连 接，就可以读取到原始图像的所有序列;胶囊内窥镜拍摄完一张图像之后，其内部的数字图 像处理模块会对图像命名并传输到图像接收装置，其命名中也会包含拍摄时间信息，因此 也可以通过图像的名称来进行分割；
[0045] 步骤S2:取步骤Sl中的一个子图像序列作为当前待处理的图像序列P:
[0046] P={Pi,P2, . . . ,Pn}
[0047] 式中，N为序列P中图像的数量；
[0048] 步骤S3:以采样间隔T对序列P进行采样，得到采样序列Pt:
[0049] Ργ = [Pri - Ρτ2.ι …I P.Ti'…為.'"J
[0050] 式中，T1 = UTV1 = TVTd = IJ,…，m-l;m=N/T取整；
[0051] 这时，序列P被序列Pt分成m段，用区间来表示每段中的图像序列，则第i段可表示 为= 1,2,…m - Ir第m段为LP./.""PW]('所以，P可以这样表示：
[0052]
[0053]采样间隔T的大小取决于具体的胶囊内窥镜每秒拍摄的图像数量fps，一般选择T 等于3~5倍的fps;
[0054] 步骤S4:对Pt中的两张相邻图像计算相似度Siv即STi表示/?与％+1的相似度，所 述相似度·％ ;采用结构相似度算法的流程如图2所示，具体为；
[0055] 步骤S401:比较两张相邻图像Pt,和&i+1的亮度相似度：
[0056]
[0057] 式中，X，Y表示进行比较的两张图像&和仏+1收#分别表示父』图像的均值，均 值是衡量图像整体亮度的指标;&= (K1L)2,-般取K1 = O.01，L = 255;
[0058] 步骤S402:比较两张相邻图像巧^和/^+1的对比度相似度：
[0059]
[0000]式中，σχ、σγ表示X、Y图像的标准差，标准差是衡量图像整体对比度的指标；C2 = (K2L)2,一般取 Κ2 = 0·03;
[0061 ]步骤S403:比较两张相邻图像和心1+1的结构相似度：
[0062]
[0063] 式中：〇XY表示图像X和Y的协方差，协方差是衡量两张图像相似性的指标;C3 = C2/ 2；
[0064] 步骤S404:计算两张相邻图像的相似度心;为：
[0065]
[0066] 步骤S5:筛除相似图像，具体为：
[0067] 步骤S501:如果不小于〇. 9，表明两张图像极为相似，则判定该抽样间隔中的图 像序列全部相似，因此只需保留一张图像就可以；具体处理方法是在待处理图像序列P中， 将位于区间[6v& i+1]中的图像全部移除，仅保留&?+1;否则进行步骤S502;
[0068] 步骤S502:如果Sri不小于0.8，表明两张图像大体相似，则判定该抽样间隔中的图 像序列发生缓慢变化，此时保留一半图像;具体处理方法是在待处理图像序列P中，对位于 区间中的图像，每隔一张图像移除一张图像，即移除的图像序列为 仍V心,·+^ Ρ·/',·+4 ,…6';切_}，式中，J为Τ/2取整;否则进行步骤S503;
[0069] 步骤S503:如果Sn不小于0.7，表明两张图像相似度很低，则判定该抽样间隔中的 图像序列发生较大变化，此时对区间PT i,巧i+1]中的图像，以fps为间隔，依次移除相应的图 像，即移除的图像序列为{化..化+/扣，％+2/>5:，…^ +心彻.!，式中，K为T/fpS取整，否则不 移除该区间任何图像，所述fps为胶囊内窥镜每秒拍摄的图像数量；
[0070] 步骤S504:如果知:小于0.7，表明两张图像相似度极低，则判定该抽样间隔中的图 像序列全部不同，此时所有图像序列都需保留，因此不做处理；
[0071] 步骤S6:如果步骤S4中的相似度没有计算完，则i = i+l，执行步骤S4;否则进行步 骤S7;
[0072]步骤S7:当前待处理的图像序列筛选完成，保存剩下的图像;如果存在下一个待处 理图像序列，则将其作为当前待处理的图像序列，重复上述S2-S7的过程，待全部图像序列 筛选完成，将保存的图像作为筛选后的图像序列输出。
【主权项】
1. 一种胶囊内窥镜相似图像的自适应筛除方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤S1:将所有原始图像按照时间顺序分割成若干子图像序列； 步骤S2:取步骤S1中的一个子图像序列作为当前待处理的图像序列P: Ρ= {Ρι,Ρ2, ··· ,Ρν} 式中，Ν为序列Ρ中图像的数量； 步骤S3:以采样间隔Τ对序列Ρ进行采样，得到采样序列Ρτ: Ρτ = {Ρ·Γι, ρΤ2, , Pr.,..., PTm) 式中，Ti = 1; Ti+1 = Ti+T，i = 1，2，…，m-1; m=N/T取整； 此时，P用区间表示为： ρ={Κλ2-ι],…,?Ρι?-丄],…為]j 步骤S4:对Ρτ中的两张相邻图像计算相似度S7V， 步骤S5:筛除相似图像，具体为： 步骤S501:如果不小于0.9,则在待处理图像序列P中，将位于区间[Ρ_/ν?^+1]中的图 像全部移除，仅保留&·?+1;否则进行步骤S502; 步骤S502:如果不小于〇. 8，则在待处理图像序列Ρ中，对位于区间中的图 像，每隔一张图像移除一张图像，即移除的图像序列为式中，J 为T/2取整;否则进行步骤S503; 步骤S503:如果知?不小于0.7，则对区间[Λν hi+i]中的图像，以fps为间隔，依次移除相 应的图像，即移除的图像序列为仍彳，P7'i+/p.s，，.…' + ，式中，K为T/fps取整，所 述fps为胶囊内窥镜每秒拍摄的图像数量;否则进行步骤S504; 步骤S504:如果·小于0.7，则保留所有图像序列； 步骤S6:如果步骤S4中的相似度没有计算完，则i = i+Ι，执行步骤S4;否则进行步骤S7; 步骤S7:当前待处理的图像序列筛选完成，继续下一待处理的图像序列筛选，直至所有 图像序列筛选完成后，保存剩下的图像，作为筛选后的图像输出。2. 根据权利要求1所述的一种胶囊内窥镜相似图像的自适应筛除方法，其特征在于，所 述步骤1中，将原始图像按照序列号顺序或命名顺序分割成若干子图像序列。3. 根据权利要求1所述的一种胶囊内窥镜相似图像的自适应筛除方法，其特征在于，所 述步骤3中，采样间隔T为fps的3~5倍。4. 根据权利要求1所述的一种胶囊内窥镜相似图像的自适应筛除方法，其特征在于，所 述步骤4中，相似度心t的计算方法采用结构相似度算法，包括以下步骤： 步骤S401:比较两张相邻图像的亮度相似度：式中，X，Y表示进行比较的两张图像;μχ、Μ分别表示X、Y图像的均值，均值是衡量图像整 体亮度的指标心二浪^…儿为常数； 步骤S402:比较两张相邻图像的对比度相似度：式中，σχ、σγ表示X、Y图像的标准差，标准差是衡量图像整体对比度的指标;C2 = (K2L)2， K2为常数； 步骤S403:比较两张相邻图像的结构相似度：式中：σχγ表不图像X和Y的协方差，协方差是衡量两张图像相似性的指标;C3 = C2/2; 步骤S404:计算相似度5乃为：
【文档编号】G06F19/00GK106056166SQ201610503508
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】王海雷, 孙丙宇, 李文波, 吴雪莲, 查文文, 张颖, 余超彪
【申请人】中科院合肥技术创新工程院, 安徽黄山胶囊股份有限公司