[發明專利]一種基于互信息和交互的醫學圖像拼接方法

有效

• 申請號: 201310135209.4
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103236048A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 李一君;楊杰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50;G06T3/40;G06T7/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及計算機視覺與數字圖像處理領域，具體涉及一種醫學圖像拼接的新方法。

背景技術

近年來，醫學圖像已經成為醫學技術中發展最快的領域之一，特別是計算機技術的發展以及X射線、MRI、CT、PET等新型成像技術和設備的出現，使得醫學圖像處理技術對醫學科研以及臨床實踐的作用和影響日益增大。然而由于醫學成像設備的機械限制，一般只能得到局部的圖像，無法得到全景圖像。當醫生要觀察多幅圖像的綜合信息時，通常只能通過自己的觀察將幾幅圖像在空間上對齊，這種做法常常帶有較強的主觀性，可靠性不高，重復性也差，誤差較大。因此，尋求一種專門針對醫學圖像特點的拼接方法和為醫生開發一個交互式的拼接系統是十分必要的。

醫學圖像拼接中最重要的一步是配準，只有配準精確才能得到圖像之間正確的重疊區域，從而完成拼接。因此配準是目前醫學圖像分析關注的熱點，近些年來，國內外很多知名學者在這方面做了大量的有益成果，這其中的方法主要有：

基于特征的方法：Harris等人在1988年率先使用Harris角點檢測方法進行圖像配準；Lindeberg等人在1998年提出了一種自動尺度選擇的概念；Lowe等人在1999年提出了SIFT特征提取算法，生成描述每一個特征點的描述子；Ke等人2004年在Lowe的基礎上提出PCA-SIFT方法，提升了匹配速度；Herbert?Bay等人在2008年又提出了經典的SURF算法進行圖像配準；基于像素灰度值的方法：Hajnal,J.V.等人在1995年提出使用灰度差的平方和作為相似性度量衡量單模態圖像匹配度程度；Studholme,C等人在1999年提出了針對多模態圖像配準和拼接的互信息法，之后他又在2001年對其進行了改善，提出了歸一化的互信息測度。

專利方面，申請號為CN201010154362.8的中國發明專利申請借助二維小波變換實現對PCB圖像的快速拼接；申請號為CN201010117300.X的中國發明專利申請利用自然圖像邊緣信息提取SIFT特征，有效改善了拼接質量；申請號為CN201210261546.3的中國發明專利通過篩選特征點匹配，提升拼接精度的同時還降低了算法的復雜度。申請號為CN201110159291.5的中國發明專利公開了一種用于圖像拼接的魚眼校正方法；申請號為CN201210066218.8的中國發明專利將SURF算法應用于用于水下監測的聲納圖像。

相比較于其他圖像，醫學圖像有其本身的特點和特殊的應用。醫學圖像一般來講分辨率不高，大多是灰度圖，所拍攝的人體骨骼、內臟等物體特征點不明顯，并不適合使用基于特征的方法，尤其是所提取的用于配準的關鍵特征點個數較少；其次，醫學圖像常常涉及到專業的醫學知識，拼接結果是否正確、是否反映出了病理、怎樣的結果更利于醫生診斷等等這些問題，只依靠專門開發拼接方法的技術人員是不夠的，需要有專業的醫生配合，因此拼接時的交互功能在開發中也顯得非常重要。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種基于互信息和交互的醫學圖像拼接方法，通過直接利用圖像的灰度信息就能夠實現配準，并且提供接口，將一定的主動權交給醫生，通過這樣的交互使得圖像拼接，方便醫生診斷。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：將多幅連續拍攝的醫學圖像進行拼接，總體上說，拼接過程首先是得到待拼接圖像中每兩幅之間的重疊區域參數，然后一幅接一幅對重合區域進行融合，完成拼接。本發明專門針對醫學圖像利用互信息，改進配準和融合過程的策略，并加入交互功能，最終得到超大視角的醫學圖像。在尋找圖像配準參數的搜索策略上改進為目標區域和比較區域同時增大，并且在水平和豎直兩個方向依次進行配準。然后根據得到的配準參數進行圖像融合和無縫處理，除了利用線性加權函數平滑過渡重合區域之外，在確定拼接結果圖像的區域大小上也進行了改進，實現任意幅圖像的自動無縫拼接，最終得到超大視角的醫學圖像。另外，為了提升拼接速度和適應醫生需求，實現時增加了與醫生的交互，醫生可以人為劃定待匹配的區域，按需簡化拼接過程。

一種基于互信息和交互的醫學圖像拼接方法，包括如下步驟：

第一步，圖像預處理：將待拼接圖像raw格式數據從二進制16位降為8位；

第二步，圖像配準：確定拼接主方向之后，利用互信息度量相似度，分別從水平和豎直方向上進行配準得到配準參數，主拼接方向采用目標區域和比較區域同時增大的策略，另一個方向采用選定固定的比較區域、搜索匹配的目標區域的策略；