基于分数傅里叶变换的多滤波的乳腺超声图像去噪方法

本发明涉及超声图像，具体涉及基于分数傅里叶变换的多滤波的乳腺超声图像去噪方法。

背景技术：

1、乳腺癌是女性三大恶性肿瘤之一，已成为当前社会的重大公共卫生问题，采用计算机辅助诊断与超声医疗影像相结合，产生的自动超声分析技术提升了诊断评估及引导治疗的水平，然而受到医学超声图像自身成像机制的限制，超声波通过人体时遇到人体内组织，反射的超声波产生相长干涉和相消干涉，从而使超声图像中天然含有大量明暗相间的颗粒状散斑噪声，导致图像对比度低、分辨率不高、边缘细节模糊，影响了超声辅助诊断系统中后续的特征提取、病灶分割和目标识别等工作，故而，需要采用一些图像去噪的预处理方法增强图像质量，提高医生诊断时主观感知的视觉效果；

2、其中，分数傅里叶变换是傅里叶变换的广义形式，提供了介于时域和频域之间的多分数域信号表征，分数傅里叶变换将观测信号投影到不同角度的时频平面上，当在某个特定阶次的分数域上信号和噪声频谱没有重叠时，可以利用分数域滤波去除噪声，实现信号的复原；分析分数傅里叶变换原理可知，理论上可以选择特定变换阶次实现乳腺超声图像中信号和噪声的分离，因此，近年来，分数傅里叶变换在图像去噪领域得到广泛应用；

3、然而，传统分数傅里叶变换在进行图像去噪时，通常是将观测信号投影到合适阶次的分数域上，使得信号和噪声分离，然后采用简单滤波器滤除噪声并复原信号；

4、但在实际应用中，简单滤波器滤除噪声时，无法在削弱高频噪声的同时无法保留图像中的细节信息，导致乳腺超声图像中的散斑噪声去除结果不准确，影响医生诊断时的主观感知和视觉效果。

5、因此，本发明提出一种基于分数傅里叶变换的多滤波的乳腺超声图像去噪方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于分数傅里叶变换的多滤波的乳腺超声图像去噪方法，可以更加准确地去除乳腺超声图像中的散斑噪声，同时又保留图像中乳腺肿瘤、腺体层、肌肉层等组织纹理细节信息，以解决技术中的上述不足之处。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于分数傅里叶变换的多滤波的乳腺超声图像去噪方法，包括以下步骤：

3、步骤1、给定一个退化的乳腺超声图像，对其进行分数傅里叶变换，得到不同阶次的分数域频谱图；

4、步骤2、根据分数域频谱图特征，建立融合平滑滤波和锐化滤波的多滤波器组，对每个阶次的分数域频谱图进行多滤波，得到滤波图像；

5、步骤3、融合所有阶次通道的滤波图像，得到去噪后的乳腺超声图像。

6、优选的，在步骤1中，对退化的乳腺超声图像进行分数傅里叶变换，得到不同阶次的分数域频谱图，具体步骤为：

7、1.1、在阶次集合p中，依次采用不同变换阶次pi，其中，i＝1,2,...,n；

8、1.2、根据选用的pi，使用二维分数傅里叶变换形式处理退化的乳腺超声图像的信号，得到不同阶次的分数域频谱图。

9、优选的，在步骤1.2中，设退化的乳腺超声图像信号为f(s，t)，则其二维分数傅里叶变换公式为：

10、

11、其中，为变换核，定义为：

12、

13、其中，(s,t)为图像空间坐标，

14、(u,v)为图像频域坐标，

15、α＝p1/2，β＝p2π/2为图像信号经二维分数阶傅里叶变换后的旋转角度，

16、p1为水平方向下的变换阶次，

17、p2为垂直方向下的变换阶次；

18、其中，当α＝β＝0时，二维分数阶傅里叶变换是恒等变换，

19、当α＝β＝π时，二维分数阶傅里叶变换是二维傅里叶变换；

20、其中，p1＝p2，0.6≤pi≤1。

21、优选的，在步骤2中，根据分数域频谱图特征，建立融合平滑滤波和锐化滤波的多滤波器组，对每个分数域频谱图进行去噪，得到滤波图像，具体步骤为：

22、2.1、鉴于所述分数域频谱图的能量分布类似十字形，针对该十字形的能量分布特征设计滤波器a、滤波器b、滤波器c；

23、其中，滤波器a为低通型，即平滑滤波，

24、滤波器b为带通型，即锐化滤波，

25、滤波器c为高通型；

26、2.2、取分数域频谱图尺寸为n×n，十字形区域顶端宽为m，分数域频谱图中心点坐标为(0，0)，得到滤波器a、滤波器b以及滤波器c的三种传输函数；

27、2.3、采用滤波器a、滤波器b以及滤波器c的三种传输函数，对分数域频谱图进行多滤波处理，得到滤波图像。

28、优选的，在步骤2.2中，滤波器a、滤波器b以及滤波器c的三种传输函数具体如下：

29、(1)滤波器a的传输函数为：

30、

31、其中，dao为滤波器a的截止频率，

32、dao＝m/2；

33、(2)滤波器c的传输函数为：

34、

35、其中，dco为四个高斯低通滤波器的截止频率，

36、dco＝(n-m)/2，

37、其中，分数域频谱图尺寸为n×n，十字形区域顶端宽为m；

38、(3)滤波器b的传输函数为：

39、hb(u,v)＝1-ha(u,v)-hc(u,v)。

40、优选的，在步骤3中，融合所有阶次通道的滤波图像，得到去噪后的乳腺超声图像，具体过程为：使用公式对滤波图像进行图像融合，该公式具体为：

41、

42、其中，dfrft()为离散分数傅里叶变换，

43、idfrft()为离散分数傅里叶反变换，

44、ha()为使用滤波器a进行滤波处理，

45、hb()为使用滤波器b进行滤波处理；

46、i为退化的乳腺超声图像，

47、i'为滤波后的乳腺超声图像。

48、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

49、本发明通过依次采用不同的变换阶次，使用二维分数傅里叶变换形式处理退化的乳腺超声图像的信号，并根据得到的多个不同的分数域频谱图的结果，建立具有低通型滤波器a和带通型滤波器b的多滤波器组，从而使得经多波滤器组处理后的分数域频谱图，可以达到在削弱高频噪声的同时，仍保留了乳腺超声图像中肿瘤、腺体、肌肉层等组织纹理的细节信息，该方法得到的去噪后增强的乳腺超声图像，散斑噪声去除效果较好，图像细节信息基本保留，可以为医生诊断和分析提供可靠信源，以供医生观测，得出准确的结果。

技术特征：

1.基于分数傅里叶变换的多滤波的乳腺超声图像去噪方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于分数傅里叶变换的多滤波的乳腺超声图像去噪方法，其特征在于：在步骤1中，对退化的乳腺超声图像进行分数傅里叶变换，得到不同阶次的分数域频谱图，具体步骤为：

3.根据权利要求2所述的基于分数傅里叶变换的多滤波的乳腺超声图像去噪方法，其特征在于：在步骤1.2中，设退化的乳腺超声图像信号为f(s，t)，则其二维分数傅里叶变换公式为：

4.根据权利要求1所述的基于分数傅里叶变换的多滤波的乳腺超声图像去噪方法，其特征在于：在步骤2中，根据分数域频谱图特征，建立融合平滑滤波和锐化滤波的多滤波器组，对每个分数域频谱图进行去噪，得到滤波图像，具体步骤为：

5.根据权利要求4所述的基于分数傅里叶变换的多滤波的乳腺超声图像去噪方法，其特征在于：在步骤2.2中，滤波器a、滤波器b以及滤波器c的三种传输函数具体如下：

6.根据权利要求1所述的基于分数傅里叶变换的多滤波的乳腺超声图像去噪方法，其特征在于：在步骤3中，融合所有阶次通道的滤波图像，得到去噪后的乳腺超声图像，具体过程为：使用公式对滤波图像进行图像融合，该公式具体为：

技术总结
本发明公开了基于分数傅里叶变换的多滤波的乳腺超声图像去噪方法，包括给定一个退化的乳腺超声图像，对其进行分数傅里叶变换，得到不同阶次的分数域频谱图、根据分数域频谱图特征，建立融合平滑滤波和锐化滤波的多滤波器组，对每个阶次的分数域频谱图进行多滤波，得到滤波图像，进而融合所有阶次通道的滤波图像，得到去噪后的乳腺超声图像。本发明通过依次采用不同的变换阶次，使用二维分数傅里叶变换形式处理退化的乳腺超声图像的信号，并建立多滤波器组处理分数域频谱图，可以达到在削弱高频噪声的同时，仍保留了乳腺超声图像中肿瘤、腺体、肌肉层等组织纹理的细节信息，为医生诊断和分析提供可靠信源，以供医生观测，得出准确的结果。

技术研发人员：童莹,严郁,何睿清,戎洪军,张嘉超
受保护的技术使用者：南京工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14