專利名稱：一種運(yùn)用于平板ccd探測器的畸變校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，特別是醫(yī)學(xué)數(shù)字影像處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，市場上單CO)(charge coupling device)探測器存在以下缺陷首先，單CCD探測器需選用超大廣角鏡頭，因此系統(tǒng)采集光路較長，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的體積和重量偏大，不利于安裝和運(yùn)輸?shù)裙こ袒僮鳎黄浯?，由于鏡頭和X射線特性的影響，使得采集所得的圖像均呈現(xiàn)中心較亮，且沿四周方向逐漸變暗等亮度不均勻現(xiàn)象，影響醫(yī)學(xué)影像的質(zhì)量和圖像的空間分辨率；再次，由于采集光路較長，造成光源衰減嚴(yán)重，而圖像又處于弱光環(huán)境，為彌補(bǔ)其損失，需提高X射線的劑量；此外，單CCD探測器選用了大分辨率的CCD及超大廣角鏡頭等貴重器件，因此產(chǎn)品的成本較高，且采集系統(tǒng)對工作環(huán)境的要求也非?？量?。 現(xiàn)有技術(shù)中有一種平板CXD探測器方案，基本上解決了單CXD探測器存在的上述缺陷。該板CCD探測器的工作原理為采用多個CCD分別采集醫(yī)學(xué)影像各部分小圖像，然后對其進(jìn)行拼接融合操作，組成完整的一幀大圖像。但因鏡頭光學(xué)畸變的影響，其采集的圖像存在非線性畸變現(xiàn)象，嚴(yán)重影響多幀圖像的拼接，因此，拼接前需執(zhí)行畸變操作。當(dāng)前，針對攝像機(jī)非線性畸變提出的校正方法很多，但根據(jù)其畸變校正的實現(xiàn)原理大致可將它們分為感興趣對象控制法和模式法兩大類。感興趣對象控制法常用方法有I)空間坐標(biāo)的多項式變換方法[1]；2)基于偏差目標(biāo)函數(shù)的最小優(yōu)化法[2]。感興趣對象控制法的原理為(1)分析感興趣對象的世界坐標(biāo)和圖像像素坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，從而建立包含鏡頭參數(shù)和攝像機(jī)參數(shù)的對象控制函數(shù)；(2)采用最優(yōu)化方法對對象控制函數(shù)進(jìn)行求解，得到畸變系數(shù)，實現(xiàn)對攝像機(jī)鏡頭的非線性畸變校正。該方法的優(yōu)點是畸變系數(shù)的求解精度高，畸變校正效果好；但畸變系數(shù)的求解運(yùn)算量大，效率低。模式法常用方法有I)基于徑向排列約束(radial alignment constraint, RAC)白勺兩步法[3][4]；2)基于攝像機(jī)模型的校正方法[5][6]。模式法的原理為(I)分析攝像機(jī)的成像模型、姿態(tài)模型和光學(xué)特性，得到攝像機(jī)的成像模式；(2)根據(jù)攝像機(jī)成像模式得到畸變校正系數(shù)，實現(xiàn)非線性畸變圖像的校正。該方法的運(yùn)算小，工程實用性強(qiáng)，且具有很強(qiáng)的魯棒性；但在得到攝像機(jī)的成像模式之前，必須預(yù)先評估攝像機(jī)的成像模型和特性。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述畸變校正方法存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種運(yùn)用于平板CCD探測器的畸變校正方法，該方法包括以下步驟首先使用平板CCD探測器采集圓點模板圖像；然后采用網(wǎng)格搜索的方法獲取圓點模板圖像中各個圓點的相鄰關(guān)系；再以四個圓點圓心構(gòu)建四邊形，從而構(gòu)建圓點模板圖像的圓點四邊形網(wǎng)格；最后利用坐標(biāo)變換獲取畸變系數(shù)，使用該組系數(shù)及三次插值方法實現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像的校正。優(yōu)選的是，采集圓點模板圖像的處理包括將16位醫(yī)學(xué)影像轉(zhuǎn)換為8位醫(yī)學(xué)影像，以提高后續(xù)的圖像處理效率；采用OTSU方法查找自適應(yīng)閾值，實現(xiàn)模板圖像圓點與背景分離；對圖像上的各部分連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并提取其輪廓；通過統(tǒng)計連通區(qū)域面積，將較小區(qū)域設(shè)為背景，從而剔除偽目標(biāo)；用橢圓擬合法擬合圓點區(qū)域，獲得各圓點圓心和直徑等信息，用于后續(xù)處理；以及進(jìn)行中心校正和位置校正。圓點模板圖像采集時，會因擺放位置關(guān)系，存在旋轉(zhuǎn)和平移，需對其進(jìn)行校正，使方法具有旋轉(zhuǎn)平移不變性，提高其魯棒性；因噪聲等原因，圖像會存在較小面積偽目標(biāo)，為剔除其干擾需要剔除偽目標(biāo)。本發(fā)明中的方法，畸變系數(shù)的求解運(yùn)算量適當(dāng)，效率高；并且在得到攝像機(jī)的成像 模式之前，無需預(yù)先評估攝像機(jī)的成像模型和特性。


圖1(a)采集的圓點模板圖像圖1(b)畸變校正后的圓點模板圖像圖2 (a)采集的醫(yī)學(xué)影像圖2(b)畸變校正后的醫(yī)學(xué)影像圖3畸變校正流程圖4閾值分割后的圓點模板圖像圖5輪廓提取后的圓點模板圖像圖6橢圓擬合后的圓點模板圖像
具體實施例方式圖7垂直搜索示意8水平搜索示意9網(wǎng)格搜索后的圓點模板圖像圖10四邊形網(wǎng)格圓點模板圖像
具體實施例方式圖1(a)所示為圓點模板原始圖像，圖像存在明顯畸變，使用上述畸變方案，實驗結(jié)果如圖1(b)所示，由圖可知，圖像已無畸變且未見明顯損失。使用圓點模板畸變系數(shù)對圖2(a)進(jìn)行畸變校正操作，結(jié)果如圖2(b)所示，同樣圖像幾乎不存在畸變且沒有明顯損失。對于特定的鏡頭而言，其光學(xué)畸變基本上保持不變。因此，可以采用標(biāo)定的方法對其光學(xué)畸變屬性進(jìn)行標(biāo)定。具體為采用圓點模板的方法，通過拍攝圓點模板圖像，經(jīng)過一系列圖像處理，實現(xiàn)對圓點模板圖像的畸變校正，從而得到鏡頭光學(xué)畸變參數(shù)，實現(xiàn)對鏡頭光學(xué)畸變的標(biāo)定。在拍攝醫(yī)學(xué)影像時，即可使用該標(biāo)定參數(shù)實現(xiàn)對醫(yī)學(xué)影像的光學(xué)畸變校正。方案實現(xiàn)流程如圖3所示，具體步驟為步驟一位數(shù)轉(zhuǎn)換，將16位圓點模板圖像轉(zhuǎn)換為8位圓點模板圖像，提高圖像處理速度；步驟二 閾值分割，采用OTSU方法獲取自適應(yīng)閾值，對圓點模板圖像進(jìn)行二值化；OTSU即大津法，其原理為根據(jù)圖像的灰度特性，將圖像分成背景和前景兩部分；當(dāng)兩者的方差達(dá)到最大時，說明構(gòu)成圖像的兩部分差別越大，因為方差是灰度分布均勻性的一種度量，此時得到的圖像分割閾值也就越準(zhǔn)確；由于使用大津法得到的閾值對不同的圖像具有相當(dāng)強(qiáng)的針對性，因此，使用該方法得到的閾值也就具有最佳的自適應(yīng)，圖像閾值化效果也就越好；閾值分割后的圓點模板圖像如圖4所示；步驟三輪廓提取，采用連通區(qū)域標(biāo)記的方法，將圖像中符合某種連通規(guī)則，如4鄰域連通或8鄰域連通的像素用相同的標(biāo)號表示出來，以提取不同區(qū)域的特征；
步驟四偽目標(biāo)剔除，通過統(tǒng)計連通區(qū)域面積，采用設(shè)定閾值的方法，實現(xiàn)對因噪聲等原因產(chǎn)生的偽輪廓目標(biāo)進(jìn)行剔除；輪廓提取并剔除偽目標(biāo)后的圓點模板圖像如圖5所示；步驟五橢圓擬合，采用最小二乘法對橢圓進(jìn)行擬合，該方法通過尋找最佳參數(shù)，使數(shù)據(jù)點與橢圓之間的距離最小，具體使用最大似然法對隨機(jī)誤差進(jìn)行最優(yōu)估計，使測量誤差的平方和最小。通過橢圓擬合方法擬合圓點區(qū)域，獲得各圓點圓心和直徑等信息；橢圓擬合后的圓點模板圖像如圖6所示；步驟六中心和位置校正，對采集的圓點模板圖像因擺放位置關(guān)系而存在的旋轉(zhuǎn)和平移進(jìn)行校正；通過查找得到中心大圓點和其相鄰水平方向上的兩個小圓點，得到圓點模板圖像的旋轉(zhuǎn)和偏移量，通過該旋轉(zhuǎn)和偏移量對圓點模板圖像進(jìn)行中心和位置校正，防止在網(wǎng)格搜索查找理想情況下的相鄰圓點的誤判；步驟七網(wǎng)格搜索，對中心和位置校正后的圓點模板圖像進(jìn)行網(wǎng)格搜索，得到理想情況下各個圓點的相鄰關(guān)系；其具體搜索步驟如下子步驟一垂直掃描，示意圖如圖7所示，從中心(紅點)開始，依此向上(1、2)或向下(3、4)搜索垂直方向的最近鄰，直至搜索到目標(biāo)個數(shù)的圓點為止；子步驟二 水平掃描，示意圖如圖8所示，以垂直掃描得到的圓點為基準(zhǔn)點，從上到下對每一行圓點分別進(jìn)行掃描，直至搜索到目標(biāo)個數(shù)的圓點為止；圓點模板圖像網(wǎng)格搜索的結(jié)果如圖9所示；步驟八構(gòu)建網(wǎng)格，根據(jù)網(wǎng)格搜索得到的各個圓點理想情況下的相鄰關(guān)系，以四個相鄰圓點圓心構(gòu)建一個四邊形局部區(qū)域，依此類推，從而獲得全圖的四邊形網(wǎng)格；圓點模板圖像構(gòu)建的四邊形網(wǎng)格如圖10所示；步驟九畸變校正，利用坐標(biāo)變換獲取各局部區(qū)域的畸變系數(shù)，從而實現(xiàn)對鏡頭光學(xué)畸變的標(biāo)定；使用該組系數(shù)及立方卷積插值方法即可實現(xiàn)圓點模板圖像和醫(yī)學(xué)影像的畸變校正；圓點模板圖像及醫(yī)學(xué)影像的畸變校正效果分別如圖1(b)和圖2(b)所示。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)用于平板CCD探測器的畸變校正方法，該方法包括以下步驟使用平板CCD探測器采集圓點模板圖像；采用網(wǎng)格搜索的方法獲取圓點模板圖像中各個圓點的相鄰關(guān)系；以四個圓點圓心構(gòu)建四邊形，從而構(gòu)建圓點模板圖像的圓點四邊形網(wǎng)格；以及利用坐標(biāo)變換獲取畸變系數(shù)，使用該組系數(shù)及三次插值方法實現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像的校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中的方法，其中，采集圓點模板圖像的處理包括將較高位的醫(yī)學(xué)影像轉(zhuǎn)換為較低位的醫(yī)學(xué)影像；查找自適應(yīng)閾值，實現(xiàn)模板圖像圓點與背景分離；對圖像上的各部分連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并提取其輪廓；通過統(tǒng)計連通區(qū)域面積，將較小區(qū)域設(shè)為背景，從而剔除偽目標(biāo)；用橢圓擬合法擬合圓點區(qū)域，獲得各圓點圓心和直徑等信息，用于后續(xù)處理；以及，進(jìn)行中心校正和位置校正。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種運(yùn)用于平板CCD探測器的畸變校正方法，該方法包括以下步驟首先使用平板CCD探測器采集圓點模板圖像；然后采用網(wǎng)格搜索的方法獲取圓點模板圖像中各個圓點的相鄰關(guān)系；再以四個圓點圓心構(gòu)建四邊形，從而構(gòu)建圓點模板圖像的圓點四邊形網(wǎng)格；最后利用坐標(biāo)變換獲取畸變系數(shù)，使用該組系數(shù)及三次插值方法實現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像的校正。本發(fā)明中的方法，畸變系數(shù)的求解運(yùn)算量適當(dāng)，效率高；并且在得到攝像機(jī)的成像模式之前，無需預(yù)先評估攝像機(jī)的成像模型和特性。
文檔編號A61B6/00GK102885631SQ20111026059
公開日2013年1月23日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者李學(xué)軍, 盧湖川, 杜碧, 王棟, 姜維 申請人:深圳市安健科技有限公司