一种平板x射线图像的均衡显示方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种平板X射线图像的均衡显示方法，包括以下步骤：(1)输入原始图像，根据像素点灰度值的差异性将原始图像分割为若干区域，生成掩膜图像；(2)读入原始图像和掩膜图像，依次进行噪声估计、增益估计、局部对比度估计，将估计的结果合并成算法参数；(3)先对原始图像进行拉普拉斯金字塔分解，得到残差图像，结合步骤(2)得到的算法参数，在残差图像上依次进行伽玛变换、直方图变换，然后再进行拉普拉斯金字塔合成，生成中间图像；(4)构建调整曲线，根据调整曲线将中间图像映射为结果图像，计算出优化的窗宽窗位值，将结果图像显示在显示器上。本发明可有效增强图像中的不同尺度的目标特征，实现图像自动最优化均衡显示。
【专利说明】一种平板X射线图像的均衡显示方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字图像处理与显示技术，特别涉及一种平板X射线图像的均衡显示 方法及系统。
【背景技术】
[0002] X射线平板探测器主要应用于医疗机构、工业探伤，是目前最新、最先进的X射线 采集装置，能捕捉到微小的细节，其采集的图像位深高达14比特，相当于16384级灰度，远 大于目前广泛使用的图像增强器的8或10比特。从采集的原始的14比特图像数据，到专 业灰度显示器的12比特，直至用户人眼的6比特灰度分辨能力，其灰度级是逐级递减的，因 此原始图像无法直接被终端用户使用，必须经过特征增强、噪声抑制、动态范围压缩、对比 度增强等一系列处理，才能最终被人眼接受。
[0003] 目前，国内医疗机构的医生在使用X射线平板图像进行诊断时，经图像工作站处 理后显示的默认图像基本上无法直接用于诊断，一般需要根据不同的诊断需求，由医生使 用鼠标在图像上调节窗宽窗位直到图像满足该部位的诊断可视条件，该过程一般耗时4-10 秒。如需观察同一图像上的多个组织部位，则需要分别调节窗宽窗位，整个过程耗时较久， 且一般无法在同一图像上看到所有组织的最佳成像。
[0004] 现阶段，图像处理与显示技术存在的主要问题可以归结为：（1)处理后的图像无 法自动显示为最优的图像效果，基本都需要终端用户手动调节窗宽窗位，调节过程费时； (2)不同组织部位，如肌肉、骨骼、肺纹等不能均衡地同时最佳成像，一般需打印多份胶片分 别显示；(3)肥胖病人或较厚胸腹部的成像层次不分明；(4)对曝光条件比较敏感，如条件 稍有偏差需要病人重新拍片，射线摄入量增多对身体无益。工业平板实际使用中存在与医 疗平板几乎一样的问题。本发明旨在克服上述图像显示技术方面的不足，通过对图像进行 在线处理，使得在同一图像上可以方便地看到所有需要看到的信息。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种平板X射线图 像的均衡显示方法，可有效增强图像中的不同尺度的目标特征，实现图像自动最优化均衡 显不。
[0006] 本发明还公开了一种平板X射线图像的均衡显示系统。
[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0008] -种平板X射线图像的均衡显示方法，包括以下步骤：
[0009] (1)输入原始图像，根据像素点灰度值的差异性将原始图像分割为若干区域，生成 掩膜图像；
[0010] (2)读入原始图像和掩膜图像，依次进行噪声估计、增益估计、局部对比度估计，将 估计的结果作为算法参数；
[0011] (3)先对原始图像进行拉普拉斯金字塔分解，得到残差图像，结合步骤（2)得到 的算法参数，在残差图像上依次进行伽玛变换、直方图变换，然后再进行拉普拉斯金字塔合 成，生成中间图像；
[0012] (4)构建调整曲线，然后根据调整曲线将中间图像映射为结果图像，通过分析结果 图像的灰度值分布范围，计算出优化的窗宽窗位值，将结果图像显示在显示器上。
[0013] 步骤（2)所述输入原始图像和掩膜图像，依次进行噪声估计、增益估计、局部对比 度估计，将估计的结果合并成算法参数，具体为：
[0014] (2-1)读入原始图像；
[0015] (2-2)读入掩模图像；
[0016] (2-3)噪声估计，首先全局噪声估计，然后针对掩模图像的不同区域进行各个区域 的噪声估计，生成噪声参数；
[0017] (2-4)增益估计，首先全局增益估计，然后针对掩模图像的不同区域进行各个区域 的增益估计，生成增益参数；
[0018] (2-5)局部对比度估计，针对掩模图像的不同区域进行各个区域的局部对比度估 计，生成局部对比度参数；
[0019] (2-6)将所述（2-3)至（2-5)中的噪声参数、增益参数、局部对比度参数集成，生成 算法参数。
[0020] 所述（2-3)所述生成噪声参数，具体为：
[0021] 设掩膜图像有m个区域吣，i = 1，2,3…m，根据拍摄条件的不同对区域吣设置全 局噪声估计参数，为％ ;对区域仏进行噪声估计得到噪声估计值为ni，则区域％的噪声参 数为 rii/ai。
[0022] 步骤（2-4)所述生成增益参数，具体为：
[0023] 设掩膜图像有m个区域吣，i = 1，2,3…m，根据拍摄条件的不同对区域吣设置全 局增益估计，为h ;统计区域％的灰度平均值作为其增益估计，为ri ;则区域％的增益参数 为 Α/Ιν
[0024] 步骤（2-5)所述生成局部对比度参数，具体为：
[0025] 设掩膜图像有m个区域吣，i = 1，2, 3…m，计算区域吣中的像素点的局部方差，作 为其局部对比度参数。
[0026] 噪声估计方法具体为：
[0027] 对原始图像I中的每个像素点，计算邻域内的局部标准差值，得到中间图像TI，然 后根据像素点灰度值的差异性将中间图像TI分割成m个区域M/，i = 1，2,3…m，统计区 域M/的中值，得到噪声估计值ni。
[0028] 步骤（2-4)所述计算出优化的窗宽窗位值，具体为：
[0029] 假设图像中灰度级的最大值和最小值分别为pmax和pmin，贝U窗位plevel为 (pmax+pmin)/2,窗宽 pwidth 为（pmax-pmin)氺margin，其中，0〈margin〈l 〇
[0030] 一种平板X射线图像的均衡显示系统，包括
[0031] 图像分割模块，用于根据像素点灰度值的差异性将原始图像分割为若干区域，生 成掩膜图像；
[0032] 参数估计模块，用于读入原始图像和掩膜图像，依次进行噪声估计、增益估计、局 部对比度估计，将估计的结果作为算法参数；多尺度处理模块，用于先对原始图像进行拉普 拉斯金字塔分解，得到残差图像，结合步骤（2)得到的算法参数，在残差图像上依次进行伽 玛变换、直方图变换，然后再进行拉普拉斯金字塔合成，生成中间图像；
[0033] 均衡显示模块，用于构建调整曲线，然后根据调整曲线将中间图像映射为结果图 像，通过分析结果图像的灰度值分布范围，计算出优化的窗宽窗位值，将结果图像显示在显 示器上。
[0034] 所述参数估计模块包括
[0035] 原始图像读入模块，用于读入原始图像；
[0036] 掩模图像读入模块，用于读入掩模图像；
[0037] 噪声估计模块，用于首先全局噪声估计，然后针对掩模图像的不同区域进行各个 区域的噪声估计，生成噪声参数；
[0038] 增益估计模块，用于首先全局增益估计，然后针对掩模图像的不同区域进行各个 区域的增益估计，生成增益参数；
[0039] 局部对比度估计模块，用于针对掩模图像的不同区域进行各个区域的局部对比度 估计，生成局部对比度参数；
[0040] 算法参数生成模块，用于将所述噪声参数、增益参数、局部对比度参数集成，生成 算法参数。
[0041] 与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
[0042] 本发明相对现有技术有以下优点及效果：
[0043] 1、本发明对平板X射线图像进行多尺度处理与均衡显示处理，可有效增强图像中 的不同尺度的目标特征，实现图像自动最优化均衡显示。
[0044] 2、图像层次分明：本发明通过图像分割对不同区域区别对待，避免了不同区域增 强结果的同质化，使得结果图像层次分明。
[0045] 3、适应性强：本发明通过噪声估计、增益估计、局部对比度估计，可预先生成有针 对性的算法参数，使得多尺度处理算法的参数随原始图像变换而变换，因此对曝光条件不 敏感，能自动、合理、有效地处理各种原始图像。
[0046] 4、自动优化显示：本发明通过对结果图像分析计算出最优的窗宽窗位值，可自动 显示为最佳图像效果，避免了用户拿到图像后再手动调节，省时省力。
[0047] 5、均衡显示：不同组织部位，可在同一图像上同时最佳成像，避免用户频繁调节， 也节约了胶片。
【专利附图】
【附图说明】
[0048] 图1为本发明的实施例的平板X射线图像的均衡显示方法的流程图。
[0049] 图2为本发明的实施例的参数估计步骤的流程图。
[0050] 图3为本发明的实施例的多尺度处理步骤的流程图。
[0051] 图4为本发明的实施例的均衡显示模块步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0052] 下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0053] 实施例
[0054] 如图1所示，本实施例的一种平板X射线图像的均衡显示方法，包括以下步骤：
[0055] (1)输入原始图像，根据像素点灰度值的差异性将原始图像分割为若干区域，生成 掩膜图像；
[0056] (2)参数估计：读入原始图像和掩膜图像，依次进行噪声估计、增益估计、局部对 比度估计，将估计的结果作为算法参数；如图2所示，具体包括：
[0057] (2-1)读入原始图像；
[0058] (2-2)读入掩模图像；
[0059] (2-3)噪声估计，首先全局噪声估计，然后针对掩模图像的不同区域进行各个区域 的噪声估计，生成噪声参数：假设原始图像I，掩膜图像分为三个不同的由阈值分割得到的 区域仏^ 2和％，例如，骨骼、肌肉和背景三种不同区域。根据拍摄条件的不同对各个区域设 置全局噪声估计参数，分别为ai，a 2和a3，对各个区域进行噪声估计得到噪声估计值分别为 和n3，则各个区域的噪声参数Pn分别为和n3/a3。具体的噪声估计方法为 对图像I中的每个像素点计算邻域内的局部标准差值得到中间图像TI，然后对然后根据像 素点灰度值的差异性将中间图像TI分割成区域Μ/，M 2'和M3'，统计各个区域的中值，得到 噪声估计值IV n2和n3。
[0060] (2-4)增益估计，首先全局增益估计，然后针对掩模图像的不同区域进行各个区域 的增益估计，生成增益参数：假设原始图像I，掩膜图像分为三个不同的区域乂，11 2和％，根 据拍摄条件不同对各个区域设置全局增益估计，分别为bi，b2和b3，利用统计各个区域的灰 度平均值作为其增益估计，分别为 ri，r2和r3，则各个区域的增益参数Pr分别为iVbi，r2/ b2 和 r3/b3。
[0061] (2-5)局部对比度估计，针对掩模图像的不同区域进行各个区域的局部对比度估 计，生成局部对比度参数：设原始图像I，掩膜图像分为三个不同的区域乂，11 2和％，在各个 区域中计算像素点的局部标准差，作为其局部对比度参数，分别为Pep Pc2和Pc3。
[0062] (2-6)将所述（2-3)至（2-5)中的噪声参数、增益参数、局部对比度参数集成，生成 算法参数；
[0063] (3)多尺度处理：如图3所示，先对原始图像进行拉普拉斯金字塔分解，得到残差 图像，结合步骤（2)得到的算法参数，在残差图像上依次进行伽玛变换以增强对比度、直方 图变换以压缩动态范围，然后再进行拉普拉斯金字塔合成，生成中间图像；
[0064] (4)均衡显示：如图4所示，构建调整曲线，然后根据调整曲线将中间图像映射为 结果图像，通过分析结果图像的灰度值分布范围，计算出优化的窗宽窗位值，将结果图像显 示在显示器上。假设图像中灰度级的最大值和最小值分别为pmax和pmin，贝U窗位plevel 为（pmax+pmin)/2,窗宽 pwidth 为（pmax-pmin)氺margin，其中，0〈margin〈l 〇
[0065] 本实施例的平板X射线图像的均衡显示系统，包括
[0066]图像分割模块，用于根据像素点灰度值的差异性将原始图像分割为若干区域，生 成掩膜图像；
[0067] 参数估计模块，用于读入原始图像和掩膜图像，依次进行噪声估计、增益估计、局 部对比度估计，将估计的结果作为算法参数；
[0068] 多尺度处理模块，用于先对原始图像进行拉普拉斯金字塔分解，得到残差图像，结 合步骤（2)得到的算法参数，在残差图像上依次进行伽玛变换以增强对比度、直方图变换 以压缩动态范围，然后再进行拉普拉斯金字塔合成，生成中间图像；
[0069] 均衡显示模块，用于构建调整曲线，然后根据调整曲线将中间图像映射为结果图 像，通过分析结果图像的灰度值分布范围，计算出优化的窗宽窗位值，将结果图像显示在显 示器上。
[0070] 所述参数估计模块包括
[0071] 原始图像读入模块，用于读入原始图像；
[0072] 掩模图像读入模块，用于读入掩模图像；
[0073] 噪声估计模块，用于首先全局噪声估计，然后针对掩模图像的不同区域进行各个 区域的噪声估计，生成噪声参数；
[0074] 增益估计模块，用于首先全局增益估计，然后针对掩模图像的不同区域进行各个 区域的增益估计，生成增益参数；
[0075] 局部对比度估计模块，用于针对掩模图像的不同区域进行各个区域的局部对比度 估计，生成局部对比度参数；
[0076] 算法参数生成模块，用于将所述噪声参数、增益参数、局部对比度参数集成，生成 算法参数。
[0077] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种平板X射线图像的均衡显示方法，其特征在于，包括以下步骤：(1) 输入原始图像，根据像素点灰度值的差异性将原始图像分割为若干区域，生成掩膜 图像；(2) 读入原始图像和掩膜图像，依次进行噪声估计、增益估计、局部对比度估计，将估计 的结果作为算法参数；(3) 先对原始图像进行拉普拉斯金字塔分解，得到残差图像，结合步骤（2)得到的算法 参数，在残差图像上依次进行伽玛变换、直方图变换，然后再进行拉普拉斯金字塔合成，生 成中间图像；(4) 构建调整曲线，然后根据调整曲线将中间图像映射为结果图像，通过分析结果图像 的灰度值分布范围，计算出优化的窗宽窗位值，将结果图像显示在显示器上。
2. 根据权利要求1所述的平板X射线图像的均衡显示方法，其特征在于，步骤（2)所述 输入原始图像和掩膜图像，依次进行噪声估计、增益估计、局部对比度估计，将估计的结果 合并成算法参数，具体为： (2-1)读入原始图像；(2-2)读入掩模图像；(2-3)噪声估计，首先全局噪声估计，然后针对掩模图像的不同区域进行各个区域的噪 声估计，生成噪声参数；(2-4)增益估计，首先全局增益估计，然后针对掩模图像的不同区域进行各个区域的增 益估计，生成增益参数；(2-5)局部对比度估计，针对掩模图像的不同区域进行各个区域的局部对比度估计，生 成局部对比度参数；(2-6)将所述（2-3)至（2-5)中的噪声参数、增益参数、局部对比度参数集成，生成算法参数。
3. 根据权利要求2所述的所述的平板X射线图像的均衡显示方法，其特征在于，所述 (2-3)所述生成噪声参数，具体为： 设掩膜图像有m个区域％，i = 1，2,3…m，根据拍摄条件的不同对区域％设置全局噪 声估计参数，为％ ;对区域％进行噪声估计得到噪声估计值为ni，则区域％的噪声参数为r^/ai。
4. 根据权利要求2所述的所述的平板X射线图像的均衡显示方法，其特征在于，步骤 (2-4)所述生成增益参数，具体为： 设掩膜图像有m个区域％，i = 1，2,3…m，根据拍摄条件的不同对区域％设置全局增 益估计，为4 ;统计区域％的灰度平均值作为其增益估计，为ri ;则区域％的增益参数为ri/bi〇
5. 根据权利要求2所述的所述的平板X射线图像的均衡显示方法，其特征在于，步骤 (2-5)所述生成局部对比度参数，具体为： 设掩膜图像有m个区域吣，i = 1，2, 3…m，计算区域吣中的像素点的局部方差，作为其 局部对比度参数。
6. 根据权利要求3所述的所述的平板X射线图像的均衡显示方法，其特征在于，噪声估 计方法具体为： 对原始图像I中的每个像素点，计算邻域内的局部标准差值，得到中间图像TI，然后根 据像素点灰度值的差异性将中间图像ΤΙ分割成m个区域M/，i = 1，2,3…m，统计区域Μ/ 的中值，得到噪声估计值^。
7. 根据权利要求2所述的所述的平板X射线图像的均衡显示方法，其特征在于，步骤 (2-4)所述计算出优化的窗宽窗位值，具体为： 假设图像中灰度级的最大值和最小值分别为pmax和pmin，则窗位plevel为 (pmax+pmin)/2,窗宽 pwidth 为（pmax-pmin)氺margin，其中，0〈margin〈l 〇
8. -种平板X射线图像的均衡显示系统，其特征在于，包括 图像分割模块，用于根据像素点灰度值的差异性将原始图像分割为若干区域，生成掩 膜图像；参数估计模块，用于读入原始图像和掩膜图像，依次进行噪声估计、增益估计、局部对 比度估计，将估计的结果作为算法参数；多尺度处理模块，用于先对原始图像进行拉普拉斯 金字塔分解，得到残差图像，结合步骤（2)得到的算法参数，在残差图像上依次进行伽玛变 换、直方图变换，然后再进行拉普拉斯金字塔合成，生成中间图像；均衡显示模块，用于构建调整曲线，然后根据调整曲线将中间图像映射为结果图像，通 过分析结果图像的灰度值分布范围，计算出优化的窗宽窗位值，将结果图像显示在显示器 上。
9. 根据权利要求8所述的平板X射线图像的均衡显示系统，其特征在于，所述参数估计 模块包括 原始图像读入模块，用于读入原始图像；掩模图像读入模块，用于读入掩模图像；噪声估计模块，用于首先全局噪声估计，然后针对掩模图像的不同区域进行各个区域 的噪声估计，生成噪声参数；增益估计模块，用于首先全局增益估计，然后针对掩模图像的不同区域进行各个区域 的增益估计，生成增益参数；局部对比度估计模块，用于针对掩模图像的不同区域进行各个区域的局部对比度估 计，生成局部对比度参数；算法参数生成模块，用于将所述噪声参数、增益参数、局部对比度参数集成，生成算法 参数。
【文档编号】G06T5/00GK104091309SQ201410276076
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】吴元, 黄茜, 黄震川 申请人:华南理工大学