專利名稱：生成多尺度對(duì)比度增強(qiáng)的圖像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于增強(qiáng)由數(shù)字信號(hào)表示的圖像的圖像質(zhì)量的方法。
背景技術(shù)：
通常，由數(shù)字信號(hào)表示的圖像(諸如醫(yī)學(xué)圖像)在顯示或者硬拷貝記錄期間或者 之前須經(jīng)圖像處理。灰度值像素到適合用于再現(xiàn)或者顯示的值的轉(zhuǎn)換可以包括多尺度圖像處理方法 (也被稱為多分辨率圖像處理方法)，圖像的對(duì)比度借助于該方法而被增強(qiáng)。根據(jù)這種多尺度圖像處理方法，通過應(yīng)用以下步驟來(lái)處理由像素值的陣列表示的 圖像。首先，原始圖像被分解為多個(gè)尺度下的細(xì)節(jié)圖像的序列以及偶爾的殘留圖像。接著， 通過將至少一個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)應(yīng)用于這些像素值來(lái)修正細(xì)節(jié)圖像的像素值。最后，通過將重構(gòu) 算法應(yīng)用于殘留圖像以及被修正的細(xì)節(jié)圖像來(lái)計(jì)算被處理的圖像。存在對(duì)轉(zhuǎn)換函數(shù)的性能的限制。如果轉(zhuǎn)換函數(shù)過度地非線性，則圖像中的灰度值 轉(zhuǎn)變可能在一定程度上被扭曲，使得外觀變得不自然。扭曲在顯著的灰度級(jí)過渡的附近更 加明顯，其可能導(dǎo)致階躍邊緣處的過沖(overshoot)以及面向強(qiáng)階躍邊緣的低變化的區(qū)域 中的均勻性(homogeneity)的損失。產(chǎn)生假象的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)于CT圖像變得更加顯著，因?yàn)樗鼈?具有更急劇的灰度級(jí)過渡，例如在軟組織與造影劑的交界處。在CT圖像上使用多尺度技術(shù) 時(shí)必須十分小心。產(chǎn)生對(duì)比度增強(qiáng)的圖像而同時(shí)保持邊緣過渡的形狀的多尺度對(duì)比度增強(qiáng)算法已 經(jīng)在2006年12月11日提交的共同待批的歐洲專利申請(qǐng)06 125 766. 3中被描述。在該方 法的一個(gè)實(shí)施例中，以一個(gè)或者多個(gè)尺度創(chuàng)建圖像的至少一個(gè)近似圖像的轉(zhuǎn)換差圖像。接 著，非線性地修正轉(zhuǎn)換差圖像。然后，特定尺度下的至少一個(gè)增強(qiáng)的中心差圖像通過合并該 尺度下的或者更小尺度下的被修正的轉(zhuǎn)換差圖像來(lái)計(jì)算。從圖像獲得的空間局部化現(xiàn)象可 以被用于創(chuàng)建增強(qiáng)的中心差圖像。最后，通過將重構(gòu)算法應(yīng)用于增強(qiáng)的中心差圖像來(lái)計(jì)算 增強(qiáng)的圖像。本專利申請(qǐng)也公開了另一個(gè)實(shí)施例，其中數(shù)字信號(hào)被分解成多尺度表示，該多尺 度表示包括至少兩個(gè)以多個(gè)尺度表示細(xì)節(jié)的細(xì)節(jié)圖像以及近似圖像，細(xì)節(jié)圖像得自于近似 圖像。轉(zhuǎn)換差圖像從至少一個(gè)近似圖像計(jì)算得到。接著，非線性地修正轉(zhuǎn)換差圖像。然后， 放大圖像以至少一個(gè)尺度被計(jì)算為兩幅圖像之比，其中通過合并相同或者更小尺度下的被 修正的轉(zhuǎn)換差圖像來(lái)計(jì)算第一圖像并且通過合并相同或者更小尺度的未被增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差 圖像來(lái)創(chuàng)建第二圖像。接下去，根據(jù)至少一個(gè)尺度下的放大圖像，以該尺度修正細(xì)節(jié)圖像來(lái) 計(jì)算增強(qiáng)的多尺度細(xì)節(jié)表示。最后，通過將重構(gòu)算法應(yīng)用于增強(qiáng)的多尺度細(xì)節(jié)表示計(jì)算來(lái) 計(jì)算增強(qiáng)的圖像表示。一般而言，各向同性的濾波器被用在分解和重構(gòu)過程中并且全方向的增強(qiáng)被應(yīng)用 于細(xì)節(jié)圖像中的系數(shù)。各向同性的設(shè)計(jì)概念在其中圖像統(tǒng)計(jì)是平穩(wěn)的(stationary)那些 情況下是合理的，意思是圖像中的每個(gè)小塊(patch)都通過與圖像的每個(gè)其它小塊相同的
3隨機(jī)過程而被生成。然而，如果審視圖像的如下區(qū)域即其中邊緣或者線或者均勻區(qū)域可能 是可見的，則清楚的是基本過程不是平穩(wěn)的并且從小塊到小塊變化。本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的限制。這種限制是沒有能力促進(jìn)對(duì)圖像特征選擇性的檢測(cè)和增強(qiáng)，例如染色體圖像，其 中對(duì)于指定的DNA分析想要以特定尺度并且在某一方向和位置上增強(qiáng)染色體帶。

發(fā)明內(nèi)容
通過具有權(quán)利要求1所提出的特定的特征的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)上述方面。用于本發(fā)明的 優(yōu)選實(shí)施例的特定的特征在從屬權(quán)利要求中被提出。在本發(fā)明的上下文中，特定的術(shù)語(yǔ)定義如下多尺度分解機(jī)制圖像的多尺度(或者多分辨率)分解是以灰度值圖像的多個(gè)尺度計(jì)算圖像的細(xì)節(jié) 圖像的過程。多尺度分解機(jī)制一般涉及用于計(jì)算細(xì)節(jié)圖像的濾波器組。眾所周知的技術(shù)舉 例來(lái)說(shuō)有拉普拉斯金字塔(Laplacian pyramid)、伯特金字塔(Burt Pyramid)、拉普拉斯 堆(Laplacian stack)、小波分解、QMF濾波器組...。近似圖像近似圖像是以相同或者更大的尺度，或者以相同或者更低的分辨率表示原始灰度 值圖像的灰度值圖像。特定尺度下的近似圖像與其中該尺度下的所有細(xì)節(jié)已被省略的原 始灰度值圖像等同(Mallat S. G.，“多分辨率信號(hào)分解理論小波表示〃，IEEE模式識(shí) 別及機(jī)器智能學(xué)報(bào)，1989 年 7 月，卷 11，第 7 期(“A Theory for Multisolution Signal Decomposition :The Wavelet Representation" , IEEE Trans. On Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 11, no. 7, July 1989))。細(xì)節(jié)圖像細(xì)節(jié)圖像被定義為表示某一尺度下的近似圖像與更小尺度下的近似圖像之間的 差的像素圖。轉(zhuǎn)換算子轉(zhuǎn)換算子是生成細(xì)節(jié)像素值的按像素的修正的算子，該修正作為創(chuàng)建灰度值圖像 的對(duì)比度增強(qiáng)的形式的中間步驟。舉例來(lái)說(shuō)，這樣的算子已經(jīng)在歐洲專利EP 527 525中被 描述。由轉(zhuǎn)換函數(shù)定義修正并且可以例如將修正以查找表或者乘法放大的方式實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)換差圖像尺度s下的轉(zhuǎn)換差圖像是尺度s下的近似圖像的每個(gè)像素中的基本對(duì)比度 (elementary contrast)的量度。可以通過求該尺度s下的近似圖像與經(jīng)轉(zhuǎn)換的形式之間 的差來(lái)計(jì)算它們。對(duì)基本對(duì)比度的其它計(jì)算是可能的，例如像素與相鄰像素的比可以被用 于下列情況在處理步驟之前是指數(shù)變換并且在所述處理步驟之后是對(duì)數(shù)變換。中心差圖像通過將合并算子(例如求和)應(yīng)用于轉(zhuǎn)換差圖像來(lái)計(jì)算中心差圖像。合并算子可 以是轉(zhuǎn)換差圖像中對(duì)應(yīng)的像素值的線性或者非線性函數(shù)。方向圖特定尺度下的方向圖是對(duì)典型地與顯著的圖像結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的突出的或者局部主 導(dǎo)的方位的圖像內(nèi)的每個(gè)像素的表示。
方向圖的可能的表示是向量圖、極坐標(biāo)表示(每個(gè)像素中的優(yōu)選方位的角度和幅 度)、笛卡爾坐標(biāo)表示(每個(gè)像素中的優(yōu)選方位的水平和垂直分量)。(在更簡(jiǎn)單的表示中， 只有角度被定義并且提取由方位向量的幅度構(gòu)成)。計(jì)算方向圖的許多實(shí)現(xiàn)已經(jīng)被描述，從諸如第η階計(jì)量坐標(biāo)(the n-th order gauge coordinate)、等照度線(在圖像中連接相等強(qiáng)度的點(diǎn)的線)的方位的復(fù)雜機(jī)制到諸 如水平和垂直梯度圖像的合并的更簡(jiǎn)單明了的實(shí)現(xiàn)。方向圖也可以從細(xì)節(jié)圖像而被計(jì)算出。例子是通過邊緣小波生成的細(xì)節(jié)信息，其 中細(xì)節(jié)信息以不同尺度表示邊緣的局部化?；诒辉鰪?qiáng)并且被合并到中心差的轉(zhuǎn)換差圖像的多尺度圖像處理產(chǎn)生如下的可 能性調(diào)整對(duì)存在于數(shù)字圖像中的方位的增強(qiáng)。各向異性的多尺度圖像處理基于如上描述的方向圖，該方向圖定義在特定尺度上 每個(gè)像素的所關(guān)心的優(yōu)選的局部方位?？梢詮慕茍D像以及從細(xì)節(jié)圖像來(lái)計(jì)算出方向。另外，實(shí)現(xiàn)各向異性的多尺度圖像增強(qiáng)的兩個(gè)方法被描述轉(zhuǎn)換差圖像的可控制 的增強(qiáng)以及增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差圖像的各向異性的加權(quán)。兩種實(shí)現(xiàn)可以獨(dú)立于彼此而被應(yīng)用或者 一起被應(yīng)用以從轉(zhuǎn)換差圖像來(lái)產(chǎn)生增強(qiáng)的中心差。本發(fā)明一般地被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)其在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程 序產(chǎn)品適用于執(zhí)行權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法并且被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀 介質(zhì)上。本發(fā)明的方法可以被應(yīng)用于增強(qiáng)諸如乳房造影(mammographic)圖像、通過計(jì)算 斷層照相得到的圖像等醫(yī)學(xué)圖像的圖像質(zhì)量。本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例從以下的描述及附圖將變得顯而易見。


圖1示出多分辨率圖像處理方案，其中從相同尺度下的近似圖像來(lái)計(jì)算出中心差 圖像，圖2是圖1的高階(advanced)增強(qiáng)功能塊的細(xì)節(jié)圖，圖3和5示出根據(jù)本發(fā)明的多分辨率圖像處理方法的不同實(shí)現(xiàn)，圖4示出圖3所示的多分辨率圖像處理方法的圖像增強(qiáng)步驟，圖6示出圖5所示的多分辨率圖像處理方法的圖像增強(qiáng)步驟，圖7示出通過使轉(zhuǎn)換差的增強(qiáng)依賴于它們的方向來(lái)對(duì)增強(qiáng)的中心差進(jìn)行的計(jì)算，圖8示出通過使其權(quán)重是依賴于方向的來(lái)對(duì)增強(qiáng)的中心差進(jìn)行的計(jì)算，圖9是關(guān)于在上述附圖中所使用的符號(hào)的圖例。
具體實(shí)施例方式這種對(duì)比度增強(qiáng)算法適用于所有多尺度細(xì)節(jié)表示方法，通過應(yīng)用求反變換可以根 據(jù)該方法來(lái)計(jì)算原始圖像。其對(duì)于可以被計(jì)算為轉(zhuǎn)換差圖像的加權(quán)和的可逆多尺度細(xì)節(jié)表示是適用的。轉(zhuǎn)換差圖像的加權(quán)因子和轉(zhuǎn)換偏置可以這樣的方式從所述多尺度分解中被扣除
5(deduct)轉(zhuǎn)換差圖像的最終的加權(quán)和與細(xì)節(jié)像素值一致或者是細(xì)節(jié)像素值的近似。對(duì)于這些多尺度細(xì)節(jié)表示，可以通過在加權(quán)和被計(jì)算之前將轉(zhuǎn)換算子應(yīng)用于中心 差來(lái)增強(qiáng)對(duì)比度。為計(jì)算轉(zhuǎn)換差圖像的加權(quán)和，相同尺度(或者分辨率水平)下的近似圖像或者更 小尺度(或者更精細(xì)的分辨率水平)下的近似圖像可以被使用?，F(xiàn)有技術(shù)狀況的多尺度對(duì)比度增強(qiáng)算法將圖像分解為多尺度表示，該多尺度表示 包括以多個(gè)尺度表示細(xì)節(jié)的細(xì)節(jié)圖像以及殘留圖像。一些重要的多尺度分解是小波分解、拉普拉斯_高斯(或者LoG分解)、高斯差分 (或者DoG)分解以及伯特金字塔。通過應(yīng)用隨后是子采樣步驟的高通及低通濾波器級(jí)聯(lián)來(lái)計(jì)算小波分解。高通濾波器從特定尺度的近似圖像中提取細(xì)節(jié)信息。在伯特金字塔分解中，通過減去尺度k+Ι下的近似圖像的上采樣(upsampled)形 式從尺度k下的近似圖像中提取細(xì)節(jié)信息。在如EP 527525中所公開的一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)狀況的方法中，通過在細(xì)節(jié)圖像中的像 素值的轉(zhuǎn)換來(lái)創(chuàng)建圖像的對(duì)比度增強(qiáng)的形式，該轉(zhuǎn)換之后是多尺度重構(gòu)。多尺度分解的所有上述實(shí)現(xiàn)具有共同的特性。通過合并移動(dòng)鄰域中的像素值可以 從近似圖像計(jì)算出細(xì)節(jié)圖像中的每個(gè)像素值。在上述情況中，合并函數(shù)是加權(quán)和。對(duì)于小波分解，尺度k下的細(xì)節(jié)圖像中的像素值被計(jì)算為dk+1 =丨(hd*gk)gk+1 =丨(ld*&)其中hd是高通濾波器，Ik是低通濾波器，*是 卷積算子并且丨是子采樣(subsampling)算子(即不考慮每個(gè)第二行和列(every second row and column))。對(duì)于小波重構(gòu)，尺度k下的增強(qiáng)的近似圖像被計(jì)算為hk = lr*U hk+1)+hr*( f(dk+1))其中hr是高通濾波器，Ir是低通濾波器并且 是上采樣算子(即在任兩行和列(any two rows and columns)之間插入具有0值的像素)。對(duì)于伯特分解，尺度k下的細(xì)節(jié)圖像中的像素值被計(jì)算為dk = gk-4g* ( gk+1)或者dk = gk-4g* ( ( I (g*gk)))或者dk = (l_4g*( ( I g)))*gk其中g(shù)是高斯低通濾波器并且1是恒等算子。對(duì)于伯特重構(gòu)，尺度k下的增強(qiáng)的近似圖像被計(jì)算為hk = 4g*( hk+1)+f(dk)其中f (χ)是轉(zhuǎn)換算子。作為加權(quán)和的多尺度細(xì)節(jié)像素值假如在伯特多尺度分解中具有系數(shù)Wu的5X5高斯濾波器被使用，其中k =-2，. . . 2并且1 = -2，. . . 2，則子采樣算子去除每個(gè)第二行和列并且上采樣算子在任兩行和列之間插入具有值0的像素。
在近似圖像gk+1中處于位置i，j的像素被計(jì)算為
2 2
gk+x (i, ·/) = Σ Σ wS.^ (2/ + s,2j + i
s=-21=-2
在上采樣的圖像Uk中處于位置i，j的像素被計(jì)算為
^k(Uj) =
￡￡ W^ ο·+5,7+0若i和j是偶數(shù)
-It=-I
0其它
在上采樣的、經(jīng)平滑的圖像guk中處于位置i，j的像素被計(jì)算為
guk(},j) =
2 2
Σ Σ ^,Lt^S^ + ^ + mJ + t + n)若 i和 j 都是偶數(shù)
m={-2,0,2} ={-2,0,2} “
--It--I
2 2
Σ Σ ￡￡ < 力十講’若i是奇數(shù)而j是偶數(shù)
m={-14} ={-2,0,2}- ?！?br> =-2r=-2
2 2
Σ Σ+ + t + 若i是偶數(shù)而j是奇數(shù)
{-2,0,2} ={-1,1}s=-2t=-2
1 2
Σ Σ若i和j都是奇數(shù)
m={-l,]} ={-1,1}s=-2t^-2J最后，在細(xì)節(jié)圖像dk中處于位置i，j的像素被計(jì)算為
2 2
sAh.η-4Σ ^,ΣΣ^ Ο+ ^Ζ+Η")若 i和j都是偶數(shù)
dk(i’j) =
=-2ι=~2
2 2
& —\L· ,L·t$，gk ……+…〉若i是偶數(shù)，j是奇數(shù) & )) - 4I, LLw^ +s+m' “7·+f 一若 i 和 j都是奇數(shù)項(xiàng)gl (ri, rj) -gl (ri+m, rj+n)被稱為轉(zhuǎn)換差。其表示了近似圖像中的中心像素和相鄰像素之間的像素值的差。它是局部對(duì)比度 的量度。轉(zhuǎn)換差的加權(quán)和被稱為中心差Ck (i，j)。權(quán)重可以被選擇以使中心差圖像與多尺度細(xì)節(jié)圖像一致或者它們是多尺度細(xì)節(jié) 圖像的極相近的近似。以與上述相似的方式，可以被證明的是其它多尺度分解方法中的細(xì)節(jié)圖像也可 以被表示為轉(zhuǎn)換差圖像的合并。轉(zhuǎn)換操作在像EP 527 525中所公開的現(xiàn)有技術(shù)狀況的方法中，通過將轉(zhuǎn)換算子f (χ)應(yīng)用 于細(xì)節(jié)圖像dk來(lái)獲得對(duì)比度增強(qiáng)，或者，等同地為
/Λf{dk (i, j)) = f g{ (π, rj) - Σ Σ v-,ngi ("· + m, rJ + n)
\m ηJ這樣的轉(zhuǎn)換算子的例子是S形函數(shù)(sigmoid function)。這樣的轉(zhuǎn)換算子的另一 個(gè)例子是像在EP 525 527中所公開的對(duì)比度增強(qiáng)函數(shù)。轉(zhuǎn)換算子的形狀取決于對(duì)增強(qiáng)的 特定需求，其意圖是與高值細(xì)節(jié)像素相比更多地放大低值細(xì)節(jié)像素。轉(zhuǎn)換步驟可能在被重構(gòu)的、對(duì)比度增強(qiáng)的圖像中引起邊緣過渡的形狀的變形 (deformation)。原因是轉(zhuǎn)換函數(shù)的非線性。一般而言，下列各項(xiàng)適用于非線性函數(shù)f (x+y) ^ f (χ) +f (y)
/ / YjX1 ^ΣΛΧ')
V i y i現(xiàn)有技術(shù)狀況的算法首先將細(xì)節(jié)圖像dk中的像素值計(jì)算為加權(quán)和并且此后應(yīng)用 轉(zhuǎn)換步驟。通過將細(xì)節(jié)圖像dk中的像素值重寫為轉(zhuǎn)換差的加權(quán)和，有可能在求和之前而不是 之后應(yīng)用轉(zhuǎn)換步驟。現(xiàn)在通過將轉(zhuǎn)換步驟應(yīng)用于轉(zhuǎn)換差來(lái)得到對(duì)比度增強(qiáng)fidk ('·’ j)) = Σ Σ vmj(Si {ri, rj) - g, (η + m, rj + 》
m η以此方式，邊緣過渡的形狀在對(duì)比度被增強(qiáng)的、重構(gòu)的圖像中更好地被保持。如果對(duì)于每個(gè)尺度k，從全分辨率圖像gQ計(jì)算出該尺度下的細(xì)節(jié)圖像，并且增強(qiáng)被 應(yīng)用于中心差，則邊緣過渡的形狀在重構(gòu)之后最佳地被保持。本發(fā)明的不同實(shí)現(xiàn)在圖1、3和5中被示出。對(duì)應(yīng)的增強(qiáng)步驟在圖2、4和6中被示
出ο圖1示出如何從相同尺度的近似圖像計(jì)算出中心差圖像。圖2示出利用從相同或者更粗糙尺度的近似圖像獲得的方向圖的受控的增強(qiáng)塊。功能塊Ak這些濾波塊可以被用于增強(qiáng)近似圖像(典型地為水平和垂直梯度圖像)或者從近 似圖像計(jì)算出某些特性。這些特性可以被用于計(jì)算方向圖。
在特定的實(shí)施例中，近似圖像在方向圖從其被計(jì)算出之前被增強(qiáng)。舉例來(lái)說(shuō)，這可 以通過對(duì)近似圖像進(jìn)行額外的平滑以減少噪聲及不相關(guān)的小的圖像結(jié)構(gòu)對(duì)方向圖計(jì)算的 影響來(lái)執(zhí)行。同樣地，其它特性可以從近似圖像計(jì)算出。方向圖生成器0 M特定尺度的方向圖是每個(gè)像素的表示，該像素位于顯著的圖像結(jié)構(gòu)的突出的或者 局部主導(dǎo)的方位的圖像內(nèi)。方向圖的可能表示已經(jīng)在上文中被描述。各向異性增強(qiáng)各向異性增強(qiáng)通過下列方式執(zhí)行(1)轉(zhuǎn)換差圖像的受控的增強(qiáng)，由此使控制取 決于方向圖的內(nèi)容，或者⑵通過增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差圖像的各向異性的加權(quán)(系數(shù)Wj)。兩種實(shí) 現(xiàn)可以獨(dú)立于彼此被應(yīng)用或者可以一起被應(yīng)用以從轉(zhuǎn)換差圖像創(chuàng)建出增強(qiáng)的中心差。轉(zhuǎn)換 差圖像的可控制的增強(qiáng)每個(gè)增強(qiáng)的中心差被計(jì)算為增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差的合并。轉(zhuǎn)換差是近似圖像中，中心像素與在其局部鄰域中的像素的像素值的差。通過使 用這兩個(gè)像素相對(duì)于(w.r. t.)彼此的空間方向，可以將增強(qiáng)用于根據(jù)所關(guān)心的預(yù)先定義 的方向或多或少地修正轉(zhuǎn)換差。例子(參見圖7-3D圖像中的不同的層表示不同的值)假定噪聲邊緣存在于圖像內(nèi)的所關(guān)心的區(qū)域中。為了合并邊緣的增強(qiáng)而同時(shí)減小噪聲的影響，可以增強(qiáng)具有與邊緣方向垂直的方 向的轉(zhuǎn)換差并且衰減平行于邊緣的轉(zhuǎn)換差。后一種轉(zhuǎn)換差表示不想要的噪聲圖像結(jié)構(gòu)，而第一種表示在邊緣上的局部對(duì)比 度。具有在這兩者之間的方向的轉(zhuǎn)換差將經(jīng)歷中間的增強(qiáng)。從近似圖像gk_m開始，通過合并圖像gk_m的水平和垂直梯度來(lái)計(jì)算方向圖Μ。為了 減小噪聲對(duì)梯度計(jì)算的影響，使用例如中值濾波器對(duì)近似圖像gk_m進(jìn)行濾波，產(chǎn)生被濾波的 圖像Ak(gk_m)。使用水平和垂直方位上的核(kernel) {1，-1}來(lái)計(jì)算圖像內(nèi)的垂直和(en) 水平的一階梯度。如果方向圖M表示例如顯著的圖像結(jié)構(gòu)的局部方位(或者垂直于局部方 位)，則圖被計(jì)算為垂直梯度和水平梯度之比的反正切函數(shù)^(/，力勻如-‘^狀-旦“^^^^^，·7·-1))’々^^^·7· + 1)))"!
L hor _ grad(Ak (gk_m (i -1, ), Ak (gk_m (i + l, j)))該方向圖M被用作LUT算子的控制輸入。LUT算子具有兩個(gè)輸入，轉(zhuǎn)換差以及方向圖，并且生成增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差作為輸出。這 種可控制的LUT算子LUT(dk，M(i，j))的例子是轉(zhuǎn)換算子f(dk)與附加的依賴于方向的放 大函數(shù)Απιρ(θ)的合并，其中θ是方向圖M(i，j)的函數(shù)。轉(zhuǎn)換算子f(dk)的例子是S形函數(shù)以及像在EP 525 527中所公開的對(duì)比度增強(qiáng) 函數(shù)。轉(zhuǎn)換算子的形狀取決于增強(qiáng)的特定的要求，其意圖是與高值轉(zhuǎn)換差相比更多地放大 低值轉(zhuǎn)換差。依賴于方向的放大函數(shù)典型地返回沿優(yōu)選方位的最大放大因子、用于垂直于優(yōu)選方位的最小放大因子以及用于中間方向的逐漸變化的放大因子。這種依賴于方向的放大函數(shù)的例子是與常數(shù)放大因子b相乘的余弦函數(shù)。作為該 函數(shù)的輸入，可以求由方向圖M(i，j)規(guī)定的所關(guān)心的局部方位和處于位置(m，n)(相對(duì)于 所關(guān)心的中心像素)的轉(zhuǎn)換差的方向之間的差A(yù)mp ( θ ) = bcos ( θ )其中θ = M (i，j)-angle (dk(i+m，j+n)并且 angle (dk(i+m，j+n) = tan-1 (n/m)可控制的LUT算子的更高階的實(shí)現(xiàn)是多維度的查找表。LUT算子的結(jié)果是增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差以及轉(zhuǎn)換差沿由M(i，j)所規(guī)定的方位的附加的 增強(qiáng)(在圖7中由增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差em,n的表示的高度來(lái)指示)。接著使用各向同性的權(quán)重wm,n合并增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差來(lái)計(jì)算處于位置i，j的增強(qiáng)的中心差。使用相同的權(quán)重，通過合并相同或者更小尺度下的未被增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差圖像來(lái)創(chuàng)建
第二圖像。接下來(lái)，通過根據(jù)至少一個(gè)尺度下的放大圖像，以該尺度修正細(xì)節(jié)圖像來(lái)計(jì)算增 強(qiáng)的多尺度細(xì)節(jié)表示。最后，通過將重構(gòu)算法應(yīng)用于增強(qiáng)的多尺度細(xì)節(jié)表示來(lái)計(jì)算增強(qiáng)的圖像表示。增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差圖像的各向異性加權(quán)為從處于每個(gè)位置(X，y)的轉(zhuǎn)換差圖像計(jì)算出中心差，求轉(zhuǎn)換差的加權(quán)和。在 2006年12月11日提交的歐洲專利申請(qǐng)06 125 766. 3中，權(quán)重是各向同性的并且沒有定義 優(yōu)先的方位。通過依據(jù)它們相對(duì)于中心權(quán)重的空間方向來(lái)改變權(quán)重，可以在總的和中改變 沿預(yù)先定義的方向的轉(zhuǎn)換差的重要性。例子(參見圖8-3D圖像中的不同的層表示不同的值)假定噪聲邊緣存在于圖像內(nèi)的所關(guān)心的區(qū)域中。如果在減小噪聲的同時(shí)希望得到該邊緣的增強(qiáng)，則可以將相對(duì)較高的權(quán)重應(yīng)用于 具有與邊緣方向垂直的方向的增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差，并且將相對(duì)較低的權(quán)重應(yīng)用于平行于邊緣的 增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差。后一種轉(zhuǎn)換差表示不想要的噪聲圖像結(jié)構(gòu)，而第一種表示在邊緣上的局部 對(duì)比度。具有在這兩者之間的方向的增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差將以中間的權(quán)重被考慮在內(nèi)。根據(jù)近似圖像方向圖M的計(jì)算在第一實(shí)施例中詳細(xì)地被解釋。而不是將方 向圖M用作LUT算子的控制輸入，方向圖M也可以被用作控制參數(shù)來(lái)產(chǎn)生各向異性的權(quán)重
wIIi, η °在該實(shí)施例中，LUT算子僅取決于未被增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差，例如如上文所規(guī)定的轉(zhuǎn)換算 子 f(dk)。對(duì)于圖像內(nèi)的每個(gè)位置i，j，各向同性的權(quán)重wm,n就它們相對(duì)于如方向圖M(i，j) 規(guī)定的所關(guān)心的局部方位的方向而被修正。作為修正算子，放大函數(shù)的機(jī)制如在第一實(shí)施 例中所解釋的那樣被使用。各向同性的權(quán)重wm, n被乘以依賴于方向的放大函數(shù)，其典型地 返回沿優(yōu)選方位的最大乘法因子、用于垂直于優(yōu)選方位的方向的最小乘法因子以及用于中 間的方向的逐漸變化的乘法因子(在圖8中用權(quán)重wm,n的表示的高度來(lái)指示)。這種依賴于方向的放大函數(shù)的例子是余弦函數(shù)。作為該函數(shù)的輸入，可以求由方
10向圖M(i，j)規(guī)定的所關(guān)心的局部方位和處于位置(m，η)(相對(duì)于中心位置(0，0))的權(quán)重 的方向之間的差A(yù)mp ( θ ) = cos( θ )其中θ = M(i, j)-angle (wk(m, n)并且 angle (wk (m, n) = tarT1 (n/m)此外，各向異性的權(quán)重被歸一化使得權(quán)重的和等于1。在最后一個(gè)步驟中，通過使用各向異性的權(quán)重合并增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差來(lái)計(jì)算中心差。 這導(dǎo)致沿由方向圖M(i，j)規(guī)定的所關(guān)心的局部方位被定向的增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差有相對(duì)較高的權(quán)重。圖7和8所示的增強(qiáng)方法的合并也是可能的。
1權(quán)利要求
一種用于增強(qiáng)由數(shù)字信號(hào)表示的圖像的對(duì)比度的方法，其中a.所述數(shù)字信號(hào)被分解成多尺度表示，所述多尺度表示包括至少兩個(gè)表示多個(gè)尺度下的細(xì)節(jié)的細(xì)節(jié)圖像以及近似圖像，所述細(xì)節(jié)圖像得自于所述近似圖像，在表示所述圖像的灰度值的尺度下的近似圖像中該尺度下的所有細(xì)節(jié)已被省略，b.通過按像素將尺度s下的近似圖像的值與所述近似圖像的經(jīng)轉(zhuǎn)換的形式的值相減來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)換差圖像，c.所述轉(zhuǎn)換差圖像的值非線性地被修正，d.放大圖像以至少一個(gè)尺度被計(jì)算為兩幅圖像之比，其中通過合并相同或者更小尺度下的所述經(jīng)修正的轉(zhuǎn)換差圖像來(lái)計(jì)算第一圖像，并且通過合并相同或者更小尺度下的未被增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差圖像來(lái)創(chuàng)建第二圖像，所述未被增強(qiáng)的差圖像與所述細(xì)節(jié)圖像不同，e.通過根據(jù)至少一個(gè)尺度的放大圖像，以該尺度修正細(xì)節(jié)圖像來(lái)計(jì)算增強(qiáng)的多尺度細(xì)節(jié)表示，f.通過將對(duì)所述多尺度分解求反的重構(gòu)算法應(yīng)用于所述增強(qiáng)的多尺度細(xì)節(jié)表示來(lái)計(jì)算增強(qiáng)的圖像表示，其中所述轉(zhuǎn)換差圖像的值的所述非線性修正由方向圖的值控制，所述方向圖為特定尺度上的每個(gè)像素包括所關(guān)心的局部方位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其改進(jìn)在于被應(yīng)用于被合并以形成放大圖像的圖像的 權(quán)重由方向圖的值控制，所述方向圖為尺度上的每個(gè)像素包括所關(guān)心的局部方位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，其中從經(jīng)濾波的近似圖像推導(dǎo)出所述方向圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，其中特定尺度下的轉(zhuǎn)換差圖像從相同尺度下的 近似圖像計(jì)算出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，其改進(jìn)在于所有所述轉(zhuǎn)換差圖像從所述原始圖 像計(jì)算出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，其中尺度k下的轉(zhuǎn)換圖像從尺度m下的近似圖 像被計(jì)算出，其中m表示尺度1和尺度k-Ι之間的尺度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，其中所述中心差圖像與所述多尺度細(xì)節(jié)圖像一 致或者是所述多尺度細(xì)節(jié)圖像的極相近的近似。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述圖像是乳房造影圖像。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述圖像是CT圖像。
10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)其在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品適于執(zhí)行前述 權(quán)利要求中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法。
11.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的程序代碼，所述計(jì) 算機(jī)可執(zhí)行的程序代碼適于執(zhí)行前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的步驟。
全文摘要
數(shù)字圖像信號(hào)被分解成包括細(xì)節(jié)圖像和近似圖像的多尺度表示。通過將尺度s下的近似圖像與該近似圖像的經(jīng)轉(zhuǎn)換的形式相減來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)換差圖像。所述轉(zhuǎn)換差圖像的值非線性地被修正。放大圖像以至少一個(gè)尺度被計(jì)算為第一圖像和第二圖像之比，通過合并相同或者更小尺度下的被修正的轉(zhuǎn)換差圖像來(lái)計(jì)算所述第一圖像，通過合并相同或者更小尺度下的未被增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換差圖像來(lái)創(chuàng)建所述第二圖像。接下去，通過根據(jù)至少一個(gè)尺度的放大圖像，以該尺度修改細(xì)節(jié)圖像來(lái)計(jì)算增強(qiáng)的多尺度細(xì)節(jié)表示。通過將重構(gòu)算法應(yīng)用于所述增強(qiáng)的多尺度細(xì)節(jié)表示來(lái)計(jì)算增強(qiáng)的圖像表示。所述轉(zhuǎn)換差圖像的值的非線性修正由方向圖的值控制，所述方向圖為特定尺度上的每個(gè)像素包括所關(guān)心的局部方位。
文檔編號(hào)G06T5/20GK101939763SQ200880126810
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
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