内窥层析图像自适应细节增强与径向拉伸显示方法及系统

本发明涉及生物医学工程，涉及内窥光学相干层析成像，以及内窥图像后处理，具体是一种通过强调长工作距离内窥层析图像中的关键信息所在的位置和灰度范围，以提升有效信息较为分散的图像的显示效果的方法。

背景技术：

1、光学相干层析成像(optical coherence tomography,oct)技术是一种新型的成像技术，能够对被测样品实时、快速地进行无接触、无损伤的层析成像，在现代的工业制造、和医学诊断等特殊场景中已有广泛的应用。

2、oct技术的基本原理是是一个双臂式干涉仪，由于使用低相干光源，在参考镜位于某一特定位置时，干涉系统仅获取样品臂中的样品对应深度的信息，通过调整样品臂的光程差，即可获取样品不同深度的信息，配合多个方向的扫描，或增加光源的带宽，即可对样品进行三维的层析成像。

3、在各类oct技术中，内窥光学相干层析成像(endoscopic optical coherencetomography,eoct)是一种应用在内窥场景的oct技术，其无接触、无损伤、快速成像等特点，使其在消化道、生殖道、呼吸道、心血管、泌尿系统等具有管状结构的生物组织器官的内窥成像上得到了广泛应用，并取得了较大的研究进展。这种技术的一个重要的临床应用，被称为容积激光内镜(volumetric laser endomicroscopy,vle)，vle系统可以搭载eoct光纤探头，在医学检查中，获得患者整个食管远端显微层析图像。

4、在各类容积激光内镜系统中，应用于食道等较大管腔组织的容积激光内镜系统通常具有较高的工作距离，一般能够达到6mm～12mm，相比于一般内窥oct应用中，对生物组织2mm～3mm的成像深度，其工作距离较长。此外，由于容积激光内镜系统使用的探头需要适配小口径的内窥导管，故探头的口径通常很小，集光能力相对较差，同时，生物组织的强散射、强吸收特性，也将对反射光的收集造成影响，这些问题在长工作距离下更加明显，将导致容积激光内镜获得的层析图像信噪比较低，且包含大面积无效区域，使有效信息在图像中不够突出，增加有效层析结构的分辨难度。

5、如何有效提高容积激光内镜获得的层析图像中有效信息的显示效果，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了内窥层析图像自适应细节增强与径向拉伸显示方法及系统，能够对图像中的关键信息进行强调突出，增加图像展示效果，提升长工作距离容积激光内容图像中有效信息的显示范围以及灰度显示的整体效果。

2、为达到上述目的，本发明一个实施例提供的技术方案-内窥层析图像自适应细节增强与径向拉伸显示方法，包括如下步骤：

3、步骤一：通过容积激光内镜系统获取内窥层析图像；

4、步骤二：分析内窥层析图像的灰度分布，适应地确认灰度域裁剪和拉伸步骤使用的参数，系统执行图像灰度域裁剪和拉伸；

5、步骤三：将步骤二处理后的图像分割为若干环带并分析，自适应地确认各部分尺寸拉伸比例，执行图像径向变比例尺寸拉伸；

6、步骤四：根据图像径向的比例变化，为图像添加径向标度，通过径向标度将处理后的图像尺寸与实际样品的尺寸相对应，得到处理后的图像并进行显示。

7、进一步地，步骤二中，分析内窥层析图像的灰度分布，适应地确认灰度域裁剪和拉伸步骤使用的参数，执行图像灰度域裁剪和拉伸，具体包括如下内容：

8、所确认的灰度域裁剪和拉伸步骤使用的参数包括裁剪的灰度范围以及拉伸参数a、b、c；

9、裁剪的灰度范围为[50,100]，根据该灰度范围进行图像的灰度域裁剪；

10、拉伸参数a、b、c具体为，采用如下公式对指定的灰度变比例处理：

11、

12、其中，gi为灰度变比例处理前的灰度值，go为灰度变比例处理后的灰度值，a、b、c为可变参数，针对不同的内窥层析图像，根据对图像灰度分布的分析结果，自动得出a、b、c的数值。

13、进一步地，步骤三：将步骤二处理后的图像分割为若干环带并分析，自适应地确认各部分尺寸拉伸比例，执行图像径向变比例尺寸拉伸，具体为：

14、系统先按照一定的径向步长，分析图像中每段深度范围的环带中的灰度信息，确定包含有效信息的环带；

15、将图像按照预先设定的径向步长分割为若干环带，并逐个环带检查其中灰度高于特定值的像素的数量，以确定包含有效信息的环带，并据此得到有效信息所在的深度范围，取有效信息占比超过设定值的环带，记为有效环带，所取有效环带即为有效信息所在的深度范围，除有效环带之外的其他环带记为无效环带；

16、确定有效信息所在深度范围后，将有效环带进行等比例扩大，使得有效环带在全部深度范围内的占比超过其他环带。

17、进一步地，确定有效信息所在深度范围后，将有效环带进行等比例扩大，使得有效环带在全部深度范围内的占比超过其他环带，具体为：

18、将有效环带所在深度范围扩大到占有全部深度范围的2/3，其他环带所在深度范围相应被压缩到全部深度范围的1/3内。

19、进一步地，步骤四：根据图像径向的比例变化，为图像添加径向标度，通过径向标度将处理后的图像尺寸与实际样品的尺寸相对应，得到处理后的图像并进行显示，具体为：以实际深度1mm为间隔，为图像添加标度。

20、本发明另外一个实施例还提供了内窥层析图像自适应细节增强与径向拉伸显示系统，包括如下模块：

21、图像获取模块，用于获取内窥层析图像。

22、灰度裁剪及拉伸模块，用于分析内窥层析图像的灰度分布，适应地确认灰度域裁剪和拉伸步骤使用的参数，系统执行图像灰度域裁剪和拉伸。

23、径向拉伸模块，用于将灰度裁剪及拉伸模块处理后的图像分割为若干环带并分析，自适应地确认各部分尺寸拉伸比例，执行图像径向变比例尺寸拉伸。

24、径向标度添加模块，用于根据图像径向的比例变化，为图像添加径向标度，通过径向标度将处理后的图像尺寸与实际样品的尺寸相对应，得到处理后的图像并进行显示。

25、优选地，灰度裁剪及拉伸模块，具体包括如下内容：

26、所确认的灰度域裁剪和拉伸步骤使用的参数包括裁剪的灰度范围以及拉伸参数a、b、c；

27、裁剪的灰度范围为[50,100]，根据该灰度范围进行图像的灰度域裁剪；

28、拉伸参数a、b、c具体为，采用如下公式对指定的灰度变比例处理：

29、

30、其中，gi为灰度变比例处理前的灰度值，go为灰度变比例处理后的灰度值，a、b、c为可变参数，针对不同的内窥层析图像，根据对图像灰度分布的分析结果，自动得出a、b、c的数值。

31、进一步地，径向拉伸模块，具体为：

32、系统先按照一定的径向步长，分析图像中每段深度范围的环带中的灰度信息，确定包含有效信息的环带；

33、将图像按照预先设定的径向步长分割为若干环带，并逐个环带检查其中灰度高于特定值的像素的数量，以确定包含有效信息的环带，并据此得到有效信息所在的深度范围，取有效信息占比超过设定值的环带，记为有效环带，所取有效环带即为有效信息所在的深度范围，除有效环带之外的其他环带记为无效环带；

34、确定有效信息所在深度范围后，将有效环带进行等比例扩大，使得有效环带在全部深度范围内的占比超过其他环带。

35、进一步地，径向标度添加模块，根据图像径向的比例变化，为图像添加径向标度，通过径向标度将处理后的图像尺寸与实际样品的尺寸相对应，得到处理后的图像并进行显示，具体为：以实际深度1mm为间隔，为图像添加标度。

36、有益效果：

37、1、本发明提供了内窥层析图像自适应细节增强与径向拉伸显示方法及系统，在长工作距离容积激光内镜成像中，由于容积激光内镜系统成像光束对样品的穿透深度相较于系统的工作距离来说过短，以至于获得的图像中，大多数的图像区域都是无效的，这使得有效的样品结构的过于紧凑，增加了分辨难度；也使得后续的图像处理中，程序大多数时间都在处理无效的背景区域，增加了程序的负担。而本发明通过调整内窥层析图像中各深度范围的显示区域，扩大有效深度范围的显示比例，，能够对图像中的关键信息进行强调突出，增加图像展示效果，提升长工作距离容积激光内容图像中有效信息的显示范围以及灰度显示的整体效果。

38、2、在长工作距离容积激光内镜成像中，由于微探头的口径限制、生物组织的强散射强吸收特性、以及长工作距离下空气中的光衰减等限制，导致图像信噪比较低，且图像中有效的灰度仅占图像灰度分布中的一小段范围。本发明通过调整内窥层析图像中的灰度曲线，将包含有效信息的灰度区间拉伸，并减小/舍弃无效区域的灰度区间，提升了有效信息中各结构间显示灰度的差值，使其更易分辨，以减小上述影响。

39、3、本发明还提供了内窥层析图像自适应细节增强与径向拉伸显示系统，该系统可以通过在操作系统或者芯片上设置的功能模块实现，在获取原始图像输入后，可以完全由程序提供的默认参数进行自适应处理，减小了人工识别带来的麻烦，优化了图像处理步骤。并且，经测试，本方法运行所花费时间在可接受范围内，具有实用性。