血管圖像增強(qiáng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療應(yīng)用及圖像增強(qiáng)領(lǐng)域，特別是涉及到一種血管圖像增強(qiáng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]血管紋路提取增強(qiáng)的目的在于對質(zhì)量較差、圖像分辨率較低或?qū)Ρ榷任⑷醯难芊植紙D像中的血管紋路進(jìn)行快速有效的提取，使得觀察者能夠從低質(zhì)量原始圖像中實時獲得血管紋路的相關(guān)信息，包括紋路走向、紋路形狀及其準(zhǔn)確位置等。目前血管紋路增強(qiáng)方法主要應(yīng)用于直接輔助醫(yī)療診斷或者身份識別的預(yù)處理。前者應(yīng)用于諸如在靜脈穿刺活動中，當(dāng)對象是兒童、婦女、肥胖人群或皮膚較深的病人，因為血管較細(xì)或者皮層較厚，導(dǎo)致血管不易看清，血管增強(qiáng)算法可以迅速獲取相應(yīng)的靜脈紋路，使之清晰化，使得醫(yī)護(hù)人員能夠快速準(zhǔn)確地在病人身上找到待穿刺血管位置。后者可在諸如利用人體手臂靜脈血管或者人眼視網(wǎng)膜血管進(jìn)行的身份識別應(yīng)用中，起到對原始圖像血管紋路清晰化提取的預(yù)處理作用，經(jīng)過預(yù)處理后的圖像由于響應(yīng)血管位置準(zhǔn)確、紋路清晰，可以保證后續(xù)的模式識別及其分類算法的識別準(zhǔn)確度。
[0003]根據(jù)對圖像目標(biāo)特征增強(qiáng)的程度，可將目前對靜脈紋路進(jìn)行增強(qiáng)的算法分為:針對圖像對比度提升的增強(qiáng)算法、針對圖像紋路特征的增強(qiáng)算法兩大類。
[0004]針對圖像對比度提升的增強(qiáng)算法，主要依靠諸如基本灰度變換、直方圖處理以及基于光反射模型諸如Retinex算法等技術(shù)，對圖像主體的對比度進(jìn)行提升，將感興趣區(qū)域與背景區(qū)別開。在靜脈紋路增強(qiáng)的應(yīng)用中，這一類算法主要適合于靜脈紋路圖像已較為清晰的圖像。即只需要對相應(yīng)圖像的對比度進(jìn)行提升就能明顯獲得相應(yīng)的靜脈紋路信息，方法的優(yōu)點在于能更多地保留住圖像的細(xì)節(jié)信息，缺點則是無法對微弱紋路部位做到很好的增強(qiáng)。
[0005]針對圖像紋路特征增強(qiáng)算法，主要參考圖像中相應(yīng)紋路特征的結(jié)構(gòu)描述，諸如紋路分布特性、紋路方向信息等，然后針對性的對相應(yīng)紋路結(jié)構(gòu)進(jìn)行增強(qiáng)。
[0006]利用圖像紋路方向特性的方法，因為充分使用了圖像紋路的線型特征信息，可以較好地保持血管局部細(xì)節(jié)與線型特征。主流的做法為先對圖像紋路特征的方向進(jìn)行提取，然后針對獲得的方向進(jìn)行相應(yīng)的濾波增強(qiáng)或者圖像分割，最終提取出感興趣的靜脈紋路信息。但這些方法往往復(fù)雜度較高，尤其在對血管紋路方向提取的過程中，需要使用一定大小的鄰域像素進(jìn)行計算，鄰域范圍越大，提取準(zhǔn)確度越高，但相應(yīng)的算法時間復(fù)雜度呈0(n2)增長。為此我們發(fā)明了一種新的血管圖像增強(qiáng)方法，解決了以上技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種既可以對較差質(zhì)量、弱對比度血管分布視頻圖像進(jìn)行準(zhǔn)確清晰的血管紋路提取，又能夠做到實時處理的血管圖像增強(qiáng)方法。
[0008]本發(fā)明的目的可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn):血管圖像增強(qiáng)方法，所述血管圖像增強(qiáng)方法包括:步驟1，采集血管圖像；步驟2，確定Harr型線濾波器尺度σ ;步驟3，采用多個方向的Harr型線濾波器對血管圖像進(jìn)行濾波；以及步驟4，將各方向Harr型線濾波器的濾波結(jié)果融合成一幅圖像。
[0009]本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn):
[0010]所述血管圖像增強(qiáng)方法中采用的Harr型線濾波器為中間區(qū)域與二側(cè)區(qū)域符號相反，二側(cè)區(qū)域呈軸對稱，所有權(quán)值之和為O的濾波模板。
[0011]在步驟3中，采用的多個方向的Harr型線濾波器的方向至少包括水平、垂直、45度、135度四個方向。
[0012]步驟2包括:
[0013]在指定的尺度范圍[a, b]內(nèi)，選擇I個尺度σ ” i = 0，…，I，其中，a和b是指定的尺度范圍；
[0014]選取若干方向的Harr型線濾波器對圖像進(jìn)行濾波；
[0015]對每個尺度，分別統(tǒng)計所獲得的各像素點的各方向濾波中最大值的分布；
[0016]計算各分布中最大M個像素的平均，并用所選尺度進(jìn)行歸一化，其中，M為預(yù)先設(shè)定值;
[0017]選該平均值最大對應(yīng)的尺度OiS合適的尺度。
[0018]在步驟2中，確定一組Harr型線濾波器尺度，包括適用于不同寬度血管的多個尺度，并用這組尺度對應(yīng)的各Harr型線濾波器同時對圖像逐點濾波，取同方向不同尺度Harr型線濾波器的最大響應(yīng)值作為該方向Harr型線濾波器的輸出。
[0019]在步驟4中，逐像素采用如下方法之一進(jìn)行各方向Haar線濾波器的輸出結(jié)果的融合:
[0020]取各Harr型線濾波器輸出結(jié)果的最大值；
[0021]取各Harr型線濾波器輸出結(jié)果中大于閾值TH的結(jié)果取平均、求和或二值化后“或”.
[0022]先取得每對相互正交的Harr型線濾波器的濾波結(jié)果的最大值，再取各所得最大值中的最小值。
[0023]在所述的取各Harr型線濾波器輸出結(jié)果中大于閾值TH的結(jié)果取平均、求和或二值化后“或”的方法中，其中閾值TH的確定方法為:
[0024]選取一個圖像區(qū)域R0I，并計算該區(qū)域ROI中各方向Harr型線濾波器的輸出；
[0025]統(tǒng)計各方向Harr型線濾波器的輸出分布；
[0026]利用該分布確定全局閾值TH。
[0027]步驟4包括:
[0028]采用Haar型線濾波器對圖像進(jìn)行濾波的同時，采用與所述各方向相同方向的Harr型邊濾波器對圖像進(jìn)行濾波；
[0029]調(diào)整各方向Harr型線濾波結(jié)果，即減去相應(yīng)方向的Harr型邊濾波輸出結(jié)果絕對值的一定比例；
[0030]用調(diào)整后的各方向Harr型線濾波器的濾波結(jié)果融合成一幅圖像。
[0031]所述血管圖像增強(qiáng)方法還包括，在步驟I之后，對采集的血管圖像進(jìn)行預(yù)處理。
[0032]所述的對采集的血管圖像進(jìn)行預(yù)處理的步驟包括:
[0033]對原始圖像進(jìn)行全局或局部的直方圖增強(qiáng)；
[0034]對原始圖像進(jìn)行Wallis變換增強(qiáng)處理。
[0035]本發(fā)明中的血管圖像增強(qiáng)方法，針對上述血管圖像信號微弱情況，對比度提升等灰度變換算法無法直接有效地提取紋路，而常規(guī)的利用圖像紋路結(jié)構(gòu)或方向信息進(jìn)行血管增強(qiáng)算法，因復(fù)雜度太高無法實現(xiàn)實時處理，提出一種既可以對較差質(zhì)量、弱對比度血管分布視頻圖像進(jìn)行準(zhǔn)確清晰的血管紋路提取，又能夠做到實時處理的方法。該方法首先對待增強(qiáng)血管紋路的寬度進(jìn)行估計，依此選擇合適的濾波模板尺度，然后使用多個方向的Haar型線濾波器(簡稱Haar線濾波器)同時作用于血管分布圖像，逐像素或者逐塊進(jìn)行方向濾波計算，并將各個方向的結(jié)果融合成一幅圖像。若原始圖像帶有諸如皮膚表面魚鱗狀反射等干擾時，對血管的紋路提取增強(qiáng)結(jié)果中可能會包含較多雜波噪聲，此時可以使用每個Haar型線濾波器對應(yīng)方向的Haar型邊濾波器(簡稱Haar邊濾波器)對該方向濾波結(jié)果進(jìn)行融合，從而消除增強(qiáng)后紋路附近的雜波噪聲，提高紋路的清晰度。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明的血管圖像增強(qiáng)方法的一具體實施例的流程圖；
[0037]圖2為本發(fā)明的一具體實施例中四個方向的Haar型線濾波器模板的一個實例示意圖；
[0038]圖3為本發(fā)明的一具體實施例中四個方向的Haar型邊濾波器模板的一個實例示意圖；
[0039]圖4為本發(fā)明的一具體實施例中確定Harr型線濾波器尺度σ的流程圖；
[0040]圖5為本發(fā)明的一具體實施例中確定對多個方向濾波結(jié)果融合所需要的比較閾值TH的流程圖；
[0041]圖6為本發(fā)明的一具體實施例中用于計算合適濾波模板尺度所選取的中央核心區(qū)域(ROI)區(qū)域示意圖。
【具體實施方式】