[發明專利]一種基于正則化的MRI圖像非均勻性校正方法

有效

• 申請號: 201310618046.5
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103632345A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 凌強;李朝輝;宋凱凱;李峰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種基于正則化的MRI圖像非均勻性校正方法，其特征在于利用一種正則化的擬合方法獲取平滑的非均勻場估計，具體流程如下：

步驟一、感興趣區域的確定：

首先獲得去掉背景區域的圖像直方圖，找到峰值p，然后計算出圖像噪聲的方差σ²；最后，感興趣區域RoI，即標識感興趣區域的二維矩陣，每個元素對應的坐標如果是感興趣區域，標記為1，否則標記為0，通過以下公式得到：

RoI(x)=1p-5σ<v(x)<p+5σ0other]]>

其中RoI(x)是點x是否屬于感興趣區域的指示器，如果x屬于感興趣區域，則RoI(x)=1，如果不屬于則RoI(x)=0，區間[p-5σ,p+5σ]即代表感興趣區域的圖像灰度變化范圍；

步驟二、低通濾波：

確定出感興趣區域之后，對區域內的點進行同態域低通濾波，假設待校正的原始圖像用v表示，則點x的灰度值為v(x)，濾波步驟如下：

1.將RoI內的圖像變換到對數域：

I_log＝log(v(RoI))

其中，v代表掃描獲得的圖像，RoI代表感興趣區域；

2.對I_log進行低通濾波：

I_filt＝LPF(I_log)

其中，LPF(·)代表低通濾波器；

3.由于低通濾波在邊緣處包含大量空白區域，為了防止邊界效應，對感興趣區域的二元掩膜RoI進行濾波：

RoI_filt＝LPF(RoI)

4．最后通過以下公式得到濾波后的粗略的非均勻度：

u^(RoI)=exp(Ifilt/RoIfilt)]]>

其中，即代表粗略估計的非均勻度；

由于濾波校正的缺點，肯定多余地包含了許多圖像低頻信息，并存在邊界效應，并且只對感興趣區域內的點進行了校正；

步驟三、正則化多項式擬合：

一旦估計出感興趣區域內的局部非均勻場，全局的非均勻場就能夠通過多項式擬合，為了防止過擬合現象，利用了正則化的擬合方法來達到較為精確的估計，選擇n階多項式作為擬合曲面，對估計的感興趣區域內的非均勻度進行擬合，假設選擇k階多項式，則包含項其中l+m≤k,l≥0，m≥0并且r_x與r_y分別為圖像像素的水平方向和豎直方向的坐標，對于給定的k階多項式，一共有K＝(k+1)(k+2)/2個項，設為F_i(r)（i=1,…,K），假設各項系數為w_i,i＝1,…,K,則多項式擬合通過最小化下列代價函數來實現：

J(w)=minw{12Σn=1N(U^-FW)2+λ2||W||2]]>

其中W=ω1ω2···ωK,F=F1(r)F2(r)...FK(r1),]]>λ為懲罰因子，是感興趣區域中的每個點的非均勻度組成的向量，通過加入使得擬合的多項式參數不至于過大，從而抑制了多項式的過擬合，使得最終曲面為平滑緩慢變化的，更符合精確的非均勻場，

上述公式的求解如下：

在此步驟中，λ是一項決定非均勻場平滑度的重要參數，通過比較不同λ值擬合出的非均勻場來調節獲得一個最佳的λ；

獲得多項式系數之后，就能夠通過外推得到全圖像的非均勻估計：

g(r)＝[F₁(r),F₂(r),…,F_K(r)]W

步驟四、迭代：

當得到最終估計的非均勻場后，對原始圖像進行校正，假設原始圖像的灰度值為v(x)，那么有：

I_correct(x)＝v(x)/g(x)

在校正時不包含空白的背景區域，即x只代表圖像區域的坐標，獲得校正的圖像，將I_correct(x)賦值給v(x)，并帶入下一次迭代重復以上校正過程，對圖像進行下一輪校正，這樣能有效提高非均勻場估計的準確度，當估計出的非均勻場的變化范圍在感興趣區域小于一定的閾值時，代表圖像已經足夠均勻，這時停止迭代，最終獲得了較為均勻的校正圖像。