计算机断层扫描图像的降噪方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种降低图像中的噪声的方法，在该方法中，接收含噪声的图像后，用第一平滑度控制参数和第一检索窗口尺寸从该含噪声的图像中估算第一权重，再通过非局域均值滤波法以所述第一权重对所述含噪声的图像进行预滤波，以获得预滤波后的图像，然后用第二平滑度控制参数和第二检索窗口尺寸从所述预滤波后的图像中估算第二权重，再通过非局域均值滤波法以所述第二权重对所述含噪声的图像进行滤波，以获得降噪后的图像。
【专利说明】计算机断层扫描图像的降噪方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种图像降噪方法及系统，具体地，涉及用非局域均值滤波法对图像进行降噪的方法及系统。
【背景技术】
[0002]计算机断层扫描(CT)图像含噪声，噪声干扰会降低病变检测能力。适当的降噪可增加病变检测能力并提高诊断精确度。因此降噪成为CT成像领域多年来的研究重点，人们针对降噪的问题作出了很多努力。非局域均值滤波法是一种针对图像上所有的像素取均值的图像降噪过程。某个像素被噪声干扰，若其与邻域具有相同的无噪声像素值(如，组织相同)，则其无噪声像素值可通过其本身和其邻域加权平均获得。特别地，在做加权平均时，某一像素的权重取决于以该像素为中心的一小块区域和以目标像素为中心的一小块区域之间的相似度，与目标像素的相似度越高的像素的权重越高。非局域均值滤波法提供了一个稳定的相似度测度来计算各像素的权重。
[0003]然而，当噪声含量很高时，相似度测度可能会被噪声所破坏，导致伪影、斑点的产生，降低细小结构的辨识度。
【发明内容】
[0004]本发明涉及一种降低图像中的噪声的方法，在该方法中，接收含噪声的图像后，用第一平滑度控制参数和第一检索窗口尺寸从该含噪声的图像中估算第一权重，再通过非局域均值滤波法以所述第一权重对所述含噪声的图像进行预滤波，以获得预滤波后的图像，然后用第二平滑度控制参数和第二检索窗口尺寸从所述预滤波后的图像中估算第二权重，再通过非局域均值滤波法以所述第二权重对所述含噪声的图像进行滤波，以获得降噪后的图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0006]图1为CT成像设备的一个实施例的图。
[0007]图2为图1所示CT成像设备的示意方框图。
[0008]图3为本发明一个实施例中的降噪方法的流程图。
[0009]图4为图3所示的降噪方法中的预滤波工艺的流程图。
[0010]图5为图3所示的降噪方法中的滤波工艺的流程图。
[0011]图6 (a)显示了一个混合了 60%的用进行了预滤波的非局域均值滤波法降噪所获得的图像和40%的原始图像后所形成的输出图像。
[0012]图6 (b)显示了一个混合了 60%的用未进行预滤波的非局域均值滤波法降噪所获得的图像和40%的原始图像后所形成的输出图像。【具体实施方式】
[0013]以下将对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下内容中将不对习知的结构或功能进行详细的描述。
[0014]本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。在一些实施例中，“大约”或“左右”表示允许其修正的数值在正负百分之十(10%)的范围内变化，比如大约100”表示的可以是90到110之间的任何数值。此外，在“大约第一数值到第二数值”的表述中，“大约”同时修正第一数值和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。
[0015]除有定义外，本文中所用的技术和科学术语具有与本发明所述领域技术人员普遍理解的相同含义。本文所用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而只是用于区别一种元件和另一种元件。并且，所述“一”或“一个”不表示数量的限定，而是表不存在一个的相关项目。
[0016]本发明的实施例涉及一种给计算机断层扫描(CT)图像降噪的方法，该方法一般用于各种CT成像系统，比如，一种如美国第7，706，497号专利中所描述的CT成像系统。
[0017]图1为一种CT成像系统10的示意图。图2为图1所示的系统10的示意框图。在所述示例性的实施例中，CT成像系统10包括一个代表第三代CT成像系统的架台12，该架台12有一个射线源14，可向位于所述架台12上另一侧的探测器列阵18发射出X射线锥形束16。
[0018]所述探测器阵列18由复数个探测器行(未图示)组成，其中所述探测器行包括复数个探测元件20，一起用来感应透过一定物体，如内科病人22的X射线束。所述探测元件20各产生一个代表碰撞福射光束密度的电信号，其中所述代表碰撞福射光束密度的电信号可表示光束透过物体或病人后的减弱程度。在扫描获取射线投影数据的过程中，所述架台12和其上安装的元件绕一个旋转中心24旋转。图2仅显示了一行探测元件20 (即探测器行)，然而多层探测器阵列18包括复数个平行的由探测元件20组成的探测器行，这样，便可通过一次扫描同时获得对应复数个平行层或准平行层的投影数据。
[0019]所述架台12的旋转和所述射线源14的运作通过CT成像系统10的控制机构26进行控制和管理。所述控制机构26包括给所述射线源14提供能量和时序信号的射线控制器28和用来控制转动速度和架台12的位置的架台发动机控制器30。控制机构26中的数据采集系统32从所述探测元件20抽样采集模拟数据，并将数据转换成数字信号，用于后续处理。显像器(image reconstructor) 34从所述数据采集系统32接收所述抽样采集并数字化的射线数据，进行高速图像再现。所述再现的图像被输入计算机36，该计算机将所述图像存储于大容量存储设备38中。
[0020]所述计算机还接收通过操作者控制台40输入的指令和扫描参数，该控制台包括键盘和(或)其他用户输入装置。通过一个联合的显示系统42，操作者可从计算机36观察到所述再现图像和其他数据。计算机36利用操作者提供的指令和参数来向数据采集系统32、射线控制器28和架台发动机控制器30提供控制信号和信息。此外，计算机36通过运行一个工作台发动机控制器44来控制一个用来将病人22安置到架台12内的机动工作台46。特别地，所述工作台46是通过所述架台的开口 48移动病人的位置的。
[0021]在一个实施例中，计算机36包括一个用来从机器可读的媒介52，如软盘、光盘(CD-ROM)或数字化通用磁盘(DVD)中读取指令或数据的装置，如软盘驱动、光驱或光碟机。应理解的事，还存在其他合适的机器可读的存储器类型(随便举两个例子来说，如再写式光盘和快闪存储器)，本文不排除它们中的任何一种。在另一个实施例中，计算机36执行存储于固件(未图示)中的指令。一般地，安装于数据采集系统32、显像器34和如图2所示的计算机36中的至少一个中的处理器编有执行下述方法步骤的程序。然而下述方法并不局限用于CT成像系统10，还可与其他不同类型的成像系统连接使用。在一个实施例中，计算机36编有实现本文所述功能的程序，因此，本文中所称的计算机不局限于业界通常所称的集成电路所代表的计算机，而应具有更广泛的范围，包括计算机、处理器、单片机、微型电子计、可编程逻辑控制器、专用集成电路和其他可编程器件。
[0022]所述计算机36经过程序编制，能执行非局域均值滤波降噪算法(即非局域均值滤波法)来降低含噪声的输入图像(原始图像)中的噪声。在非局域均值滤波法中，目标像素的去噪值是通过以该目标像素为中心的检索窗内的所有像素取加权平均值计算出来的。也就是说，检索窗内的像素被用来估计目标像素的去噪值。检索窗内的不同像素的在加权时的权重取决于其与目标像素的相似度，与目标像素相似度越高的像素的权重越高。检索窗内的各像素与目标像素的相似度通过比较该像素的邻域与目标像素的邻域进行确定，这样，某个像素的权重取决于以该像素为中心的一小块区域(邻域)和以目标像素为中心的一小块区域之间的相似度。
[0023]如，若将含噪声的图像表示为I，像素(i，j)的去噪值通过以该像素(i，j)为中心的检索窗内的像素取加权平均值的方法计算获得。其中检索窗的尺寸为m*n (二维)或m*n*l (三维),用来比较相似度的邻域的尺寸为sx*sy。一个典型的二维非局域均值降噪算法可表示为:
【权利要求】
1.一种降低图像中的噪声的方法，其包括: 接收含噪声的图像； 用第一平滑度控制参数和第一检索窗口尺寸从所述含噪声的图像中估算第一权重； 通过非局域均值滤波法以所述第一权重对所述含噪声的图像进行预滤波，以获得预滤波后的图像； 用第二平滑度控制参数和第二检索窗口尺寸从所述预滤波后的图像中估算第二权重；以及 通过非局域均值滤波法以所述第二权重对所述含噪声的图像进行滤波，以获得降噪后的图像。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一平滑度控制参数高于所述第二平滑度控制参数，且(或)所述第一检索窗口尺寸大于所述第二检索窗口尺寸。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一平滑度控制参数不小于I。
4.如权利要求1所述的方法，其中二维的所述第一检索窗口尺寸大于3*3，三维的所述第一检索窗口尺寸大于3*3*3。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述降噪后的图像与所述含噪声的图像合成产生输出图像。
6.如权 利要求1所述的方法，其中所述从含噪声的图像中估算第一权重的步骤包括: 在所述含噪声的图像中确定一个目标像素(f，g)和该目标像素(f，g)的邻域； 在以所述目标像素(f，g)为中心的第一检索窗口内确定另一个像素(c，d)和该像素(c, d)的邻域； 用所述第一平滑度控制参数计算所述目标像素(f，g)的邻域和像素(c，d)的邻域之间的差别；以及 基于所述差别计算所述像素(c，d)相对所述目标像素(f，g)的权重。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述从预滤波后的图像中估算第二权重的步骤包括: 在所述预滤波后的图像中确定一个目标像素(r，s)和该目标像素(r，s)的邻域； 在以所述目标像素(r，s)为中心的第二检索窗口内确定另一个像素(t，u)和该像素(t, u)的邻域； 用所述第二平滑度控制参数计算所述目标像素(r，s)的邻域和像素(t，u)的邻域之间的差别；以及 基于所述差别计算所述像素(t，u)相对所述目标像素(r，s)的权重。
8.—种机器可读媒介或介质，其上存储有指令，用来指示计算机: 接收含噪声的图像； 用第一平滑度控制参数和第一检索窗口尺寸从所述含噪声的图像中估算第一权重； 通过非局域均值滤波法以所述第一权重对所述含噪声的图像进行预滤波，以获得预滤波后的图像； 用第二平滑度控制参数和第二检索窗口尺寸从所述预滤波后的图像中估算第二权重；以及通过非局域均值滤波法以所述第二权重对所述含噪声的图像进行滤波，以获得降噪后的图像。
9.如权利要求8所述的媒介或介质，其中所述第一平滑度控制参数大于所述第二平滑度控制参数，且(或)所述第一检索窗口尺寸大于所述第二检索窗口尺寸。
10.如权利要求8所述的媒介或介质，其中所述第一平滑度控制参数不小于I。
11.如权利要求8所述的媒介或介质，其中二维的所述第一检索窗口尺寸大于3*3，三维的所述第一检索窗口尺寸大于3*3*3。
12.如权利要求8所述的媒介或介质，其上存储的指令用来进一步指示计算机将所述降噪后的图像与所述含噪声的图像合成产生输出图像。
13.如权利要求8所述的媒介或介质，其上存储的指令用来指示计算机通过以下步骤来从含噪声的图像中估算第一权重: 在所述含噪声的图像中确定一个目标像素(f，g)和该目标像素(f，g)的邻域； 在以所述目标像素(f，g)为中心的第一检索窗口内确定另一个像素(c，d)和该像素(c, d)的邻域； 用所述第一平滑度控制参数计算所述目标像素(f，g)的邻域和像素(c，d)的邻域之间的差别；以及 基于所述差别计算所述像素(c，d)相对所述目标像素(f，g)的权重。
14.如权利要求8所述的媒介或介质，其上存储的指令用来指示计算机通过以下步骤来从预滤波后的图像中估算第二权重: 在所述预滤波后的图像中确定一个`目标像素(r，s)和该目标像素(r，s)的邻域； 在以所述目标像素(r，s)为中心的第二检索窗口内确定另一个像素(t，u)和该像素(t, u)的邻域； 用所述第二平滑度控制参数计算所述目标像素(r，s)的邻域和像素(t，u)的邻域之间的差别；以及 基于所述差别计算所述像素(t，u)相对所述目标像素(r，s)的权重。
15.一种医学成像装置，其包括: 安装于旋转式架台上的射线源和射线探测器，其中所述射线探测器用来接收由所述射线源发出后穿过被扫描的物体的射线； 数据采集系统，设置用来在扫描物体时接收来自所述射线探测器的数据，并向所述计算机提供投影数据集； 通过响应所述计算机来显示所述计算机用所述投影数据集获得的图像的显示装置；以及 处理器，设置用来: 接收含噪声的图像； 用第一平滑度控制参数和第一检索窗口尺寸从所述含噪声的图像中估算第一权重； 通过非局域均值滤波法以所述第一权重对所述含噪声的图像进行预滤波，以获得预滤波后的图像； 用第二平滑度控制参数和第二检索窗口尺寸从所述预滤波后的图像中估算第二权重；以及通过非局域均值滤波法以所述第二权重对所述含噪声的图像进行滤波，以获得降噪后的图像。
16.如权利要求15所述的医学成像装置，其中所述第一平滑度控制参数大于所述第二平滑度控制参数，且(或)所述第一检索窗口尺寸大于所述第二检索窗口尺寸。
17.如权利要求15所述的医学成像装置，其中所述第一平滑度控制参数不小于I。
18.如权利要求15所述的医学成像装置，其中二维的所述第一检索窗口尺寸大于3*3，三维的所述第一检索窗口尺寸大于3*3*3。
19.如权利要求15所述的医学成像装置，其进一步设置用来将所述降噪后的图像与所述含噪声的图像合成产生输出图像。
20.如权利要求15所述的医学成像装置，其设置用来通过以下步骤来从含噪声的图像中估算第一权重: 在所述含噪声的图像中确定一个目标像素(f，g)和该目标像素(f，g)的邻域； 在以所述目标像素(f，g)为中心的第一检索窗口内确定另一个像素(c，d)和该像素(c, d)的邻域； 用所述第一平滑度控制参数计算所述目标像素(f，g)的邻域和像素(c，d)的邻域之间的差别；以及 基于所述差别计算所述像素(c，d)相对所述目标像素(f，g)的权重。
21.如权利要求15所述的医学成像装置，其设置用来通过以下步骤来从预滤波后的图像中估算第二权重: 在所述预滤波后的图像中确定一个目标像素(r，s)和该目标像素(r，s)的邻域； 在以所述目标像素(r，s)为中心的第二检索窗口内确定另一个像素(t，u)和该像素(t, u)的邻域； 用所述第二平滑度控制参数计算所述目标像素(r，s)的邻域和像素(t，u)的邻域之间的差别；以及 基于所述差别计算所述像素(t，u)相对所述目标像素(r，s)的权重。
【文档编号】A61B6/03GK103870236SQ201210544602
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月14日 优先权日:2012年12月14日
【发明者】闫铭, 曾凯 申请人:通用电气公司