[发明专利]多尺度图像归一化和增强

说明书

背景技术

在本领域中用于医学目的的放射成像是众所周知的。例如，胸部的放射成像的图像为检测和治疗大量医学情况提供重要的诊断信息，包括肺脏、胸部的骨骼结构、上腹部器官、肺脏的血管结构以及胸正中的脊椎的间隙。

因为数字图像所提供的巨大优点，所以越来越多地以数字形式来存储和操作放射照片。数字放射照片可以通过直接以数字形式捕获原始图像来生成，或者通过将由“模拟”系统获得的图像转换成数字形式来生成。数字图像可以例如在将放射照片与正确的患者匹配时简化记录保持，并使得更有效的存储和分配成为可能。数字图像还允许放射照片的数字校正和增强，以及使计算机辅助诊断和治疗的应用成为可能。

放射科医师在解释放射成像的图像方面是非常熟练的，但是射线照相系统的局限性以及系统间的可变性会妨碍恰当的解释。与放射成像的图像的获取相关的可变性的来源可以包括图像的空间采样、灰度分辨率(或“位深度”)、系统的调制传递函数(“MTF”)、图像对比度以及噪声。

图像的采样函数通常可以表达为单位长度内的像素数。通常，以奈奎斯特速率或近似奈奎斯特速率来进行采样，以避免产生效果失真。例如，针对200微米的最小可辨别特征尺寸，非常详细的胸部放射照片可以具有5,000像素每英寸。在自动系统中，图像间的统一的空间分辨率会是重要的，例如当使用软件来识别或分析放射照片中具有特定空间特性的特征时。

位深度是用于存储图像的每个像素的亮度值的数据位的数目。不同的放射成像系统可以生成具有不同位深度的放射照片。例如，位深度通常在10至12位之间。位深度不只是在原始图像的质量方面是重要的，而且还是数字化操作图像时的限制因素，例如当对图像进行处理以突出特定特征时或在计算机辅助诊断中。不足的位深度会导致降级的处理图像、成像伪影以及不可靠的诊断结果。

调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)是成像系统或成像分量的空间频率响应。高的空间频率对应于精细的图像细节，而低的空间频率对应于较大的结构。由不同尺寸的特征在放射成像的图像上产生的对比度可由于系统MTF而不同。通常，由于成像仪器的有限的分辨能力，在高的空间频率下的特征对比度相对于在低的空间频率下的特征对比度是降低的。由于MTF导致较小特征的幅值变化减小，放射照片中的较小特征的可见性可能通过在图像中叠加较大的结构而被掩盖。

对比度涉及图像中相邻像素间的亮度差异。对比度不只涉及最亮和最暗像素之间的绝对差异，还涉及中间像素的亮度分布。例如，亮度值的分布可以朝向分布范围的亮端或暗端歪斜，使得难以辨别具有相似亮度的特征。无论是对于人类观察者还是对于自动系统，以下是有益的：不同的放射成像的图像具有基本上相似的对比度，以在读取或处理期间确保一致的解释。

用于校正灰度外观的差异的一种技术被称作直方图匹配。该直方图本质上是图像中的像素值的分布的条状图表示，在直方图中，条的高度与图像中具有该像素值的像素的数目成比例。如现有技术中已知的，直方图匹配是根据输入累积密度函数(CDF)和目标CDF获得的像素映射。当CDF是单调的且在0到1之间时，直方图匹配是匹配或对准两个CDF的简单事件。直方图匹配通常用在能够直接比较相似场景的像素值令人感兴趣的区域中；直方图匹配是全局技术，这是因为该直方图匹配在任何情况下都使用像素值而不使用空间信息。例如，直方图匹配不能解决相同场景的图像中的局部对比度差异问题。

噪声是所有测量系统包括放射成像系统的普遍限制。在放射成像系统中，通常需要被摄体对X射线的累积暴露。短的暴露时间的权衡导致了结果图像上的噪声的增加。放射成像的图像上的噪声趋向于主要在较高的空间频率显示自身。在最高的空间频率下，噪声可占据主导地位，从而限制了辨别图像中的细节的能力。

为了提高放射成像的图像的均匀性以供放射科医师和其他专家解释，以及为了为图像的后续数字处理和分析提供良好的基础，用于图像的归一化的原则性系统是合乎期望的。归一化处理可以解决不同空间频率的图像之间的差异，并且可以解决对比度和噪声的问题。

发明内容

本发明的实施例包括一种如下方法：该方法将放射成像的图像诸如胸部放射照片转换成统一的尺寸或像素间距以及位深度；将图像分解成空间分量；分开地调整空间分量的灰度分布；降低图像噪声；以及生成重新组合的增强的输出图像。空间分量的灰度分布可以基于统计系综，所述统计系综从放射成像的图像的源、分析模型获得，或在每图像的基础上得出以最大化或最小化目标函数。