基于二维S变换的肺部CT图像处理方法和系统与流程

本发明属于肺部图像处理领域，特别涉及一种基于二维s变换的肺部ct图像处理方法和系统。

背景技术：

肺部ct图像的处理，主要利用提取区分度高的特征来区肺部图像中的正常和异常，所提取特征的区分度直接影响到处理结果。

目前，常用的特征可以大致分为三类：灰度特征，形态特征，纹理特征。灰度特征常用的有均值、标准差和统计矩；形状特征常用的有离心率、圆度、紧实度、最大半径、二维的面积、三维的体积等，还有一些基于hessian矩阵的形状描述子，基于hog特征的描述子；纹理特征描述子有很多，通常使用基于glcm的描述子，lbp的描述子，信息熵等描述子。但这些特征只利用了空间信息和统计信息，并没有利用频率信息。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有的肺部ct图像处理提取特征的方法中只利用了空间信息和统计信息，并没有利用频率信息的问题，提供一种基于二维s变换的肺部ct图像处理方法和系统，利用s变换域的能量特征，为肺部ct图像处理提供一种新的类型的特征，即频域特征，从而得到具有频域特征的肺部图像。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于二维s变换的肺部ct图像处理方法，包括以下步骤：

步骤1：对输入的原始肺部ct图像进行水平方向和竖直方向上的二维s变换，得到水平方向变换域和竖直方向变换域；

步骤2：对所述水平方向变换域和竖直方向变换域进行能量属性的提取，得到水平方向能量属性图和竖直方向能量属性图；

步骤3：将所述水平方向能量属性图和竖直方向能量属性图进行阈值分割，得到具有频域特征的肺部图像。

进一步地，步骤1具体包括如下步骤：

步骤1.1：对输入的原始肺部ct图像进行二维傅里叶变换，得到其频谱图；

步骤1.2：初始化水平方向频率变量和竖直方向频率变量的值；

步骤1.3：根据所述水平方向频率变量和竖直方向频率变量的值，计算平移后的频谱图；

步骤1.4：根据所述水平方向频率变量和竖直方向频率变量的值，计算二维高斯窗函数频谱；

步骤1.5：计算所述平移后的频谱图和二维高斯窗函数频谱的乘积；

步骤1.6：对步骤1.5的结果进行二维反傅里叶变换，分别得到水平方向和竖直方向的s变换结果；

步骤1.7：执行步骤1.6后，判断水平方向频率变量和竖直方向频率变量的值是否循环遍历了所有值，若没有，则将未遍历所有值的水平方向频率变量和竖直方向频率变量自增后，继续执行步骤1.3到步骤1.6，否则跳出循环。

进一步地，步骤1.1中，二维傅里叶变换的公式如下：

其中，f(α，β)表示得到的频谱图，f(x，y)表示原始肺部ct图像，α表示水平方向空间频率，β表示竖直方向空间频率。

进一步地，步骤1.2具体为：

计算水平方向变换域时，固定竖直方向频率变量ky＝0，初始化水平方向频率变量kx＝1；

计算竖直方向变换域时，固定水平方向频率变量kx＝0，初始化竖直方向频率变量ky＝1。

进一步地，步骤1.4中，计算二维高斯窗函数频谱的公式如下：

其中，w(kx，ky)表示计算出的二维高斯窗函数频谱，kx和ky表示s变换的频率域数值，α和β表示二维高斯窗函数频谱的频率域频率变量。

进一步地，步骤1.6中，对步骤1.5的结果进行反傅里叶变换的计算公式如下：

其中，s(x，y，kx，ky)为s变换结果，m(α，β)为步骤1.5所得的乘积结果，α和β表示反傅里叶变换的频率域频率变量，x表示水平方向的空间位置，y表示竖直方向的空间位置。

进一步地，步骤2中，对水平方向变换域和竖直方向变换域进行能量属性的提取，得到能量属性图的公式为：

其中，s(x，y，kx，ky)表示原始肺部ct图像f(x，y)在水平方向频率变量kx和竖直方向频率变量ky分别为某值时的s变换结果，re表示取实部，im表示取虚部，m和n分别表示输入的原始肺部ct图像f(x，y)的高度和宽度。

进一步地，步骤3具体为：

步骤3.1：对步骤2求得的水平方向能量属性图和竖直方向能量属性图进行阈值分割，分别得到水平方向二值化图像和竖直方向二值化图像；

步骤3.2：对所述水平方向方向二值化图像和竖直方向二值化图像进行与操作，得到具有频域特征的肺部图像。

进一步地，步骤3.1中，所述阈值的计算公式为：t＝m+εσ；

其中，t表示阈值，m表示能量属性图的均值，σ表示能量属性图的方差，ε为控制因子，取值范围为0.3～0.5。

一种基于二维s变换的肺部ct图像处理系统，包括：

图像输入单元，用于输入原始肺部ct图像；

图像处理单元，用于处理输入的所述原始肺部ct图像，得到最终的处理图像；

图像输出单元，用于输出所述最终的处理图像；

所述图像处理单元处理输入的所述原始肺部ct图像，得到最终的处理图像的步骤包括：

步骤1：对输入的原始肺部ct图像进行水平方向和竖直方向上的二维s变换，得到水平方向变换域和竖直方向变换域；

步骤2：对所述水平方向变换域和竖直方向变换域进行能量属性的提取，得到水平方向能量属性图和竖直方向能量属性图；

步骤3：将所述水平方向能量属性图和竖直方向能量属性图进行阈值分割，得到具有频域特征的肺部图像。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明基于二维s变换，对得到的变换域进行能量属性的提取，然后进行阈值分割，最终得到处理图像；通过计算能量属性，为肺部ct图像的处理提供一种新的类型的特征，即频域特征，从而得到具有频域特征的肺部图像。s变换相较于其他时频分析方法，有较好的时频聚焦性，也没有交差项的干扰，所获得的频率域信息有更好的区分度。阈值处理阶段的自适应阈值处理对临床复杂的肺部图像有较好的鲁棒性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明基于二维s变换的肺部ct图像处理方法的流程图；

图2为本发明基于二维s变换的肺部ct图像处理方法的详细流程图；

图3为本发明输入的原始肺部ct图像；

图4为本发明得到的水平方向能量属性图；

图5为本发明得到的竖直方向能量属性图；

图6为本发明得到的水平方向二值化图像；

图7为本发明得到的竖直方向二值化图像；

图8为本发明得到的的具有频域特征的肺部图像；

图9为本发明基于二维s变换的肺部ct图像处理系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种基于二维s变换的肺部ct图像处理方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：对输入的原始肺部ct图像进行水平方向和竖直方向上的二维s变换，得到水平方向变换域和竖直方向变换域；

步骤2：对所述水平方向变换域和竖直方向变换域进行能量属性的提取，得到水平方向能量属性图和竖直方向能量属性图；

步骤3：将所述水平方向能量属性图和竖直方向能量属性图进行阈值分割，得到具有频域特征的肺部图像。

具体地，如图2所示，

步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：对输入的如图3所示的原始肺部ct图像进行二维傅里叶变换，得到其频谱图f(α，β)；二维傅里叶变换的公式如下：

其中，f(x，y)表示原始肺部ct图像，α表示水平方向空间频率，β表示竖直方向空间频率：

步骤1.2：初始化水平方向频率变量kx和竖直方向频率变量ky的值；具体地：

计算水平方向变换域时，固定竖直方向频率变量ky＝0，初始化水平方向频率变量kx＝1；

计算竖直方向变换域时，固定水平方向频率变量kx＝0，初始化竖直方向频率变量ky＝1；

步骤1.3：根据所述水平方向频率变量kx和竖直方向频率变量ky的值，计算平移后的频谱图；具体地：

在固定竖直方向频率变量ky＝0时，计算水平方向平移后的频谱图f(α+kx，β)；

在固定水平方向频率变量kx＝0时，计算竖直方向平移后的频谱图f(α，β+ky)；

步骤1.4：根据所述水平方向频率变量kx和竖直方向频率变量ky的值，计算二维高斯窗函数频谱w(kx，ky)；计算公式如下：

其中，w(kx，ky)表示计算出的二维高斯窗函数频谱，kx和ky表示s变换的频率域数值，α和β表示二维高斯窗函数频谱的频率域频率变量；

具体地：

在固定竖直方向频率变量ky＝0时，计算水平方向的高斯窗函数频谱

在固定水平方向频率变量kx＝0时，计算竖直方向的高斯窗函数频谱

步骤1.5：计算所述平移后的频谱图和二维高斯窗函数频谱的乘积m(α，β)；具体地：

在固定竖直方向频率变量ky＝0时，计算水平方向平移后的频谱图和水平方向的二维高斯窗函数频谱的乘积mh(α，β)＝f(α+kx，β)·wh(kx，ky)；

在固定水平方向频率变量kx＝0时，计算竖直方向平移后的频谱图和竖直方向的二维高斯窗函数频谱的乘积mv(α，β)＝f(α，β+ky)·wv(kx，ky)；

步骤1.6：对步骤1.5的结果进行二维反傅里叶变换，分别得到水平方向和竖直方向的s变换结果，计算公式如下：

其中，s(x，y，kx，ky)为s变换结果，m(α，β)为步骤1.5所得的乘积结果，α和β表示反傅里叶变换的频率域频率变量，x表示水平方向的空间位置，y表示竖直方向的空间位置；

具体地，

在固定竖直方向频率变量ky＝0时，对水平方向平移后的频谱图和水平方向的二维高斯窗函数频谱的乘积mh(α，β)进行反傅里叶变换，得到水平方向变换域sh(x，y，kx，ky)；

在固定水平方向频率变量kx＝0时，对竖直方向平移后的频谱图和竖直方向的二维高斯窗函数频谱的乘积mv(α，β)进行反傅里叶变换，得到竖直方向变换域sv(x，y，kx，ky)；

步骤1.7：执行步骤1.6后，判断所述水平方向频率变量kx和竖直方向频率变量ky的值是否循环遍历了所有值，若没有，则将未遍历所有值的水平方向频率变量kx和竖直方向频率变量ky自增后，继续执行步骤1.3到步骤1.6，否则跳出循环；

具体地：

在固定竖直方向频率变量ky＝0，初始化水平方向频率变量kx＝1时，得到水平方向的s变换结果，然后判断水平方向频率变量kx是否循环遍历了所有值，kx取值范围在0～m之间，表示原始肺部ct图像的高度。在若没有，则将水平方向频率变量kx自增1，即执行kx+1后，继续执行步骤1.3到步骤1.6，否则跳出循环；

在固定水平方向频率变量kx＝0，初始化竖直方向频率变量ky＝1时，得到竖直方向的s变换结果，然后判断竖直方向频率变量ky是否循环遍历了所有值，ky取值范围在0～n之间，表示原始肺部ct图像的宽度。若没有，则将水平方向频率变量ky自增1，即执行ky+1后，继续执行步骤1.3到步骤1.6，否则跳出循环。

步骤2具体为，对水平方向变换域sh(x，y，kx，ky)和竖直方向变换域sv(x，y，kx，ky)进行能量属性的提取，得到能量属性图的公式为：

其中，s(x，y，kx，ky)表示原始肺部ct图像f(x，y)在水平方向频率变量kx和竖直方向频率变量ky分别为某值时的s变换结果，re表示取实部，im表示取虚部，m和n分别表示输入的原始肺部ct图像f(x，y)的高度和宽度；

具体地，对所述水平方向变换域sh(x，y，kx，ky)进行能量属性的提取，得到如图4所示的水平方向能量属性图eh(x，y)；

对所述竖直方向变换域sv(x，y，kx，ky)进行能量属性的提取，得到如图5所示的竖直方向能量属性图ev(x，y)。

步骤3包括如下步骤：

步骤3.1：对步骤2求得的水平方向能量属性图eh(x，y)和竖直方向能量属性图ev(x，y)进行阈值分割，得到如图6所示的水平方向二值化图像bh(x，y)和如图7所示的竖直方向二值化图像bv(x，y)；

进一步地，阈值t的计算公式为：t＝m+εσ；

其中，m表示能量属性图e(x，y)的均值，σ表示能量属性图e(x，y)的方差，ε为控制因子，取值范围为0.3～0.5；

步骤3.2：对所述水平方向方向二值化图像bh(x，y)和竖直方向二值化图像bv(x，y)进行与操作，得到如图8所示的具有频域特征的肺部图像o(x，y)，计算公式为：o(x，y)＝bh(x，y)∩bv(x，y)。

实施例2

本实施例提供一种基于二维s变换的肺部ct图像处理系统，如图9所示，包括：

图像输入单元，用于输入原始肺部ct图像；

图像处理单元，用于处理输入的所述原始肺部ct图像，得到最终的处理图像；

图像输出单元，用于输出所述最终的处理图像；

所述图像处理单元处理输入的所述原始肺部ct图像，得到最终的处理图像的步骤包括：

步骤1：对输入的原始肺部ct图像进行水平方向和竖直方向上的二维s变换，得到水平方向变换域和竖直方向变换域；

步骤2：对所述水平方向变换域和竖直方向变换域进行能量属性的提取，得到水平方向能量属性图和竖直方向能量属性图；

步骤3：将所述水平方向能量属性图和竖直方向能量属性图进行阈值分割，得到具有频域特征的肺部图像。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简沽，上述描述的基于二维s变换的肺部ct图像处理系统以及其各功能单元的具体工作过程，可以参考前述实施例1中的智能监控方法中的对应过程，在此不再赘述。

上述的明各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的各功能单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、平板电脑、个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明所述基于二维s变换的肺部ct图像处理方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。