[發明專利]通過空間直方圖分析實現對比度增強

無效

• 申請號: 95195896.8
• 申請日: 1995-09-18
• 公開（公告）號: CN1162363A
• 公開（公告）日: 1997-10-15
• 發明（設計）人: 約翰·C·舒爾茨
• 申請（專利權）人: 伊美申公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/40
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 杜日新

本發明涉及圖象處理技術領域，更具體地涉及通過數值與數字信號處理技術實現圖象數字表示的對比度分析和增強。

在圖象處理中，通常必須或最好通過有選擇地修改表示圖象的象素數據提供某些圖象特征的校正或增強。通常希望改變圖象中所關注區域(AOI)的對比度以強調或揭示其重要信息內容。對這種圖象對比度操作，現有技術已開發了許多不同的技術和方法。某些是基于用戶可選參數的，而另一些在操作中是自動的，它們是基于圖象象素數據的各種統計估計。數字圖象對比度增強技術已應用于廣泛領域，其中圖象是由象素數據表示的，包括由不可見及可見射線得到的圖象例。如，在射線照像術領域，數字圖象處理系統作為常規的基于膠片的X射線系統的替換或補充正逐步得到認可。圖象一旦獲取或被轉換成數字電子格式，就可對其進行存儲，檢索、傳輸到遠程場所，并且按需要在各種輸出設備上觀看。另外，可使用數字信號處理技術來增強圖象的對比度或其它特性。通過掃描和數字化常規X射線膠片得到這種圖象?；蛘?，在數字射線照片中裝備成象系統，它使用光敏材料以吸收入射射線并且以電荷載體分布的形式形成和保持物體潛象。通過掃描一窄束射線經過光敏材料并檢測它所引起的電荷運動就能實現潛象圖象的讀出并將其轉換為電子形式。這類系統的示例在Korn等的美國專利No.4,167,275和Nelson等的美國專利No.5,268,569中公開。

經由數字射線照像術或常規X射線膠片得到的圖象的動態范圍，即記錄細節的圖象的最明和最暗部分之間的色調范圍(對膠片而言，Dmax和Dmin)，通常超出大部分可能用于觀察圖象的輸出系統的動態范圍諸如CRT顯示器、膠片和打印機等。這意味著為了適應輸出設備要以某種方式改變圖象的對比度范圍。這意味著壓縮色調范圍以適應輸出介質。在其他情況下，根據圖象的用途希望壓縮不包含重要信息的色調范圍部分并擴展AOI的對比度范圍以揭示最重要信息。例如，用于觀察軟組織的X射線圖象與試圖觀察骨胳結構的X射線圖象具有不同的重要對比度范圍。

除匹配輸出設備的動態范圍之外，將重要色調值置于一中密度范圍內使得受訓觀察人員能容易地察看它們也是重要的。例如，在1.0的光強度(density)區域(中暗)，觀察人員容易看到細微強度變化，而在3.0的光強度區域(很暗)，很難看到細微強度變化，即使在兩種圖象中細節都適當地提供了。

與X射線膠片通過曝光和顯影參考僅能得到有限對比度控制不同，可以用多種不同方式操作數字化圖象以增強對比度。可以用多種方式改變對比度曲線的斜率，包括不同范圍的不同斜率。可采用數值工具變換象素值。數字圖象處理的問題不是缺乏處理圖象工具，而是從多種可能中盡力提供圖象區域和對比度曲線的合理選擇。

某些系統提供多個用戶可選模式或曲線，以調用預定對比度和常數算法。其思想是提供覆蓋多個通常期望圖象情況的多個程序，并允許用戶選擇。該種策略的一個問題是，對所有情況而言，預定程序不一定是最佳的。另一問題是需要附加的用戶時間步驟，以及可能的對用戶的額外培訓以便了解哪種模式最優或解釋結果。依據選擇模式，當相同圖象數據集能夠在相同的輸出設備上產生多個不同外觀的顯示時，除非用戶已在該系統中受到特寫培訓，否則將令人混淆。由于錯誤選擇對比度模式，將導致丟失觀察圖象中重要細節的可能性。因此，期望提供以某種方式響應特定圖象數據的自動類型系統，無需用戶選擇就能生成最佳圖象。

另外，依據圖象數據集的大小和現有計算能力，切換模式進行比較將耗費相當多的計算和重新顯示時間。這可能成為運程系統情況下的一個特定問題，此時數據傳輸由于通信鏈路而減慢。

現有技術提出了用于自動圖象分析和對比度增強的各種技術。有些檢查圖象數據數組以查找低、高灰度級值并根據它們查找某預定變換比例。另一些基于圖象數據集采用復雜的統計技術。它們大部分生成圖象值的直方圖，隨后以不同方式分析該直方圖以制定對比度決策。