基于双互相关的OCT或OCTA图像平移旋转配准方法

本发明涉及一种图像处理技术，尤其是涉及一种基于双互相关的oct(光学相干断层扫描)或octa(光学相干断层扫描血管成像)图像平移旋转配准方法。

背景技术：

1、光学相干断层扫描(oct)是在上世纪90年代提出的一种近红外成像技术，现在已经广泛应用于眼科、牙科、肠胃内科等领域。其主要优势在于，能够以非侵入式探测成像的方法实现对生物组织的高分辨率成像。目前，大多数oct的横向扫描范围只有2-6毫米，无论是对于视网膜成像、内窥镜检查，还是术中脑部或器官成像，都远不能达到临床使用的标准。扩展成像范围的方法有两种，一种是增加样品臂的光学扫描范围，但是需要考虑光学设计和样品臂搭建带来的挑战；而另一种是使用配准算法，将多个小视场图像通过配准的方法合并成一个大视场图像，相比于前者可行性更高。

2、图像配准是通过匹配两个或多个图像中的重叠区域来实现的。随着计算机技术和图像处理技术的不断进步，研究者们广泛关注的图像灰度特征，成为了图像配准算法的一个热门研究主题。

3、在图像配准算法领域，使用归一化互相关(ncc)的配准方法是最常见且广泛使用的方法，但是基于ncc的图像配准方法无法配准图像之间的角度旋转偏差，而常用于图像之间平移和旋转进行配准的算法是傅里叶-梅林变换(fmt)算法。然而，fmt算法需要图像之间具有较高的重叠率，以获得足够的特征进行正确的图像配准，降低了扫描效率，临床应用中增加了患者呼吸心跳等抖动引入噪声的风险，进而会影响图像质量。

4、经过检索中国公开号cn116309753a公开了一种眼科oct图像的高清快速配准方法，具体公开了包括：数据分析模块根据数据获取模块获取的oct图像的信噪比以判定参考图像和浮动图像；数据分析模块确定数据获取模块获取的第一像素坐标值以根据第一像素坐标值所处坐标水平判定第一像素坐标值是否为最优像素坐标值；在判定第一像素坐标值处于第一坐标水平或第三坐标水平时，根据第一像素坐标值与最小像素坐标值的第一坐标差值或第一像素坐标值与最大像素坐标值的第二坐标差值对浮动图像进行调整；数据分析模块确定数据获取模块获取的第二像素坐标值是否为整数，若不为整数则数据分析模块对浮动图像进行插值以使第二像素坐标值符合标准。但是该配准方法无法处理同时存在平移和旋转偏移的图像，因此如何来对同时存在平移和旋转偏移的图像进行配准，成为需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于双互相关的oct或octa图像平移旋转配准方法,以解决图像重叠率较低时，扫描图像配准困难的问题，从而提高大范围成像应用中的扫描效率。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种基于双互相关的oct或octa图像平移旋转配准方法，该方法包括以下步骤：

4、步骤s1，将两幅部分重叠的待配准oct或octa图像由笛卡尔坐标系变换到极坐标系下；

5、步骤s2，计算两幅图像在极坐标下的归一化互相关系数，得到旋转偏移量，并旋转补偿笛卡尔坐标系下的原始图像；

6、步骤s3，对参考图像周围补零，使参考图像与步骤s2旋转补偿后图像大小相等，计算两图之间的归一化互相关系数，得到平移偏移量，并补偿平移偏移；

7、步骤s4，分析待配准两图的重叠占比对配准结果的影响，找到最小重叠占比；采用20％的重叠占比进行扫描，完成oct或octa图像配准。

8、作为优选的技术方案，所述步骤s1具体包括以下步骤：

9、步骤s11，将两幅部分重叠的待配准oct或octa图像作傅里叶变换，并进行滤波和降噪处理；

10、步骤s12，通过坐标转换公式，将笛卡尔坐标系下的点(x,y)变换到极坐标系下的点(r,θ)。

11、作为优选的技术方案，所述坐标转换公式具体为：

12、

13、其中(x0,y0)为笛卡尔坐标系下图像中心原点坐标。

14、作为优选的技术方案，所述步骤s2具体包括以下步骤：

15、步骤s21，计算坐标变换后两幅图像之间的归一化互相关系数ncc，其中ncc系数峰值坐标为(rmax,θmax)，θmax表示两幅图像之间旋转偏移θrotate，rmax表示两幅图像之间的尺寸差异；

16、步骤s22，固定参考图像，将第二幅图像绕中心原点旋转θrotate进行旋转补偿。

17、作为优选的技术方案，所述归一化互相关系数ncc具体计算如下：

18、

19、其中ncc(r,θ)表示位置(r,θ)处的归一化互相关值，f(r′,θ′)表示第一幅图像中的像素值，g(r′-r,θ′-θ)表示第二幅图像中的像素值。

20、作为优选的技术方案，所述步骤s3具体包括以下步骤：

21、步骤s31，对参考图像周围补零；

22、步骤s32，计算大小相等的两幅图像之间的归一化互相关系数ncc，其中ncc系数峰值坐标为(xmax,ymax)，带入平移偏移量计算公式中得到x轴和y轴上的偏移量xshift和yshift。

23、作为优选的技术方案，所述平移偏移量计算公式具体为：

24、

25、其中xshift,yshift分别表示x轴和y轴上的偏移量，px是x轴的像素数，py是y轴的像素数。

26、作为优选的技术方案，根据所述偏移量xshift和yshift进行平移补偿。

27、作为优选的技术方案，所述步骤s4中的最小重叠占比具体得到如下：

28、通过分析不同重叠率下两幅图像配准以后的信噪比snr和配准精度accuracy，找到最小重叠占比。

29、作为优选的技术方案，所述信噪比snr和配准精度accuracy具体计算如下：

30、

31、其中，zmax表示最大的归一化互相关系数值，σ表示整个互相关图的标准差std；

32、

33、其中，noverlap表示匹配信号区域的像素数，n2signal和n1signal分别表示两个二值化图像中信号区域的数量。

34、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

35、1)本发明可以对常规的基于归一化互相关(ncc)算法无法处理的图像(同时存在平移和旋转偏移的图像)进行配准；

36、2)本发明可以通过对几幅部分重叠的图像进行配准，应用于光学相干断层成像(oct)中，实现大视场成像；

37、3)与已有的旋转平移图像配准算法(如fmt算法)相比，本发明能够在较低的重叠率下，还能保持较高的配准精度，从而提高大范围成像应用中的扫描效率。

技术特征：

1.一种基于双互相关的oct或octa图像平移旋转配准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于双互相关的oct或octa图像平移旋转配准方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种基于双互相关的oct或octa图像平移旋转配准方法，其特征在于，所述坐标转换公式具体为：

4.根据权利要求1所述的一种基于双互相关的oct或octa图像平移旋转配准方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种基于双互相关的oct或octa图像平移旋转配准方法，其特征在于，所述归一化互相关系数ncc具体计算如下：

6.根据权利要求1所述的一种基于双互相关的oct或octa图像平移旋转配准方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种基于双互相关的oct或octa图像平移旋转配准方法，其特征在于，所述平移偏移量计算公式具体为：

8.根据权利要求6所述的一种基于双互相关的oct或octa图像平移旋转配准方法，其特征在于，根据所述偏移量xshift和yshift进行平移补偿。

9.根据权利要求1所述的一种基于双互相关的oct或octa图像平移旋转配准方法，其特征在于，所述步骤s4中的最小重叠占比具体得到如下：

10.根据权利要求9所述的一种基于双互相关的oct或octa图像平移旋转配准方法，其特征在于，所述信噪比snr和配准精度accuracy具体计算如下：

技术总结
本发明涉及一种基于双互相关的OCT或OCTA图像平移旋转配准方法，该方法包括：S1，将两幅部分重叠的待配准OCT或OCTA图像由笛卡尔坐标系变换到极坐标系下；S2，计算两幅图像在极坐标下的归一化互相关系数，得到旋转偏移量，并旋转补偿笛卡尔坐标系下的原始图像；S3，对参考图像周围补零，使参考图像与步骤S2旋转补偿后图像大小相等，计算两图之间的归一化互相关系数，得到平移偏移量，并补偿平移偏移；S4，分析待配准两图的重叠占比对配准结果的影响，找到最小重叠占比；采用20％的重叠占比进行扫描，完成OCT或OCTA图像配准。与现有技术相比，本发明具有可以配准重叠率较小的OCT/OCTA图像等优点。

技术研发人员：陈朝良,董立峰,蒲郁蕊
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12