一種基于目標(biāo)物像素投影判斷的斷層切片圖像配準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于目標(biāo)物像素投影判斷的斷層切片圖像配準(zhǔn)方法，首先將參考圖像和浮動(dòng)圖像進(jìn)行二值化處理，將其目標(biāo)物和背景區(qū)分開(kāi)來(lái)，通過(guò)將浮動(dòng)圖像按照指定的微小的角度增量旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一次計(jì)算浮動(dòng)圖像在每一像素列上目標(biāo)像素的數(shù)目，并計(jì)算求其與參考圖像每一像素列上目標(biāo)像素?cái)?shù)目之差，將所有差值的絕對(duì)值求和，當(dāng)其值達(dá)到最小時(shí)判斷此時(shí)浮動(dòng)圖像的角度配準(zhǔn)達(dá)到最優(yōu)，其次對(duì)其平移配準(zhǔn)，在平面的X和Y方向內(nèi)，浮動(dòng)圖像在給定的范圍內(nèi)以單個(gè)像素為增量進(jìn)行平動(dòng)，每平動(dòng)一次計(jì)算浮動(dòng)圖像和參考圖像在相同坐標(biāo)點(diǎn)處都是目標(biāo)物像素的數(shù)目，當(dāng)其值達(dá)到最大時(shí)候判斷浮動(dòng)圖像已經(jīng)與參考圖像達(dá)到比較完美配準(zhǔn)。
【專利說(shuō)明】一種基于目標(biāo)物像素投影判斷的斷層切片圖像配準(zhǔn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開(kāi)了一種基于目標(biāo)物像素投影判斷的斷層切片圖像配準(zhǔn)方法，涉及圖像 處理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 圖像配準(zhǔn)是圖像處理領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)非常常見(jiàn)的研究?jī)?nèi)容，從20世紀(jì)90年代初期 此項(xiàng)研究才逐漸得到重視。其作為一種基礎(chǔ)的圖像處理方面的技術(shù)，其在諸多領(lǐng)域有著廣 泛的應(yīng)用，從圖像配準(zhǔn)的提出到目前為止的幾十年時(shí)間里，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā) 展和普及，圖像配準(zhǔn)被用于許多應(yīng)用領(lǐng)域，諸如醫(yī)學(xué)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)輔助制造、機(jī)器人等。
[0003] 圖像配準(zhǔn)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域尤其有用。例如，在諸如病人隨訪和手術(shù)或療法計(jì)劃等 臨床場(chǎng)景中。為了使醫(yī)學(xué)專家能夠以精確的方式比較醫(yī)學(xué)圖像，這些圖像需要被配準(zhǔn)以便 去除病人的姿勢(shì)變化。例如，所述配準(zhǔn)可能導(dǎo)致兩個(gè)醫(yī)學(xué)圖像中的相應(yīng)解剖結(jié)構(gòu)的對(duì)齊。
[0004] 一直存在提高圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)健性以及減少圖像配準(zhǔn)所花的時(shí)間和 所需的計(jì)算資源的需要。而以往圖像進(jìn)行匹配時(shí)，存在計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量大，所耗時(shí)間長(zhǎng)，效 率上提1?不上去等弊端。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于目標(biāo)物像素 投影判斷的斷層切片圖像配準(zhǔn)方法，在保證配準(zhǔn)精度的基礎(chǔ)上，減少配準(zhǔn)計(jì)算時(shí)間，從而大 大提1?其配準(zhǔn)效率。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種基于目標(biāo)物像素投影判斷的斷層切片圖像配準(zhǔn)方法，具體步驟包括：
[0008] 步驟一、對(duì)參考圖像和浮動(dòng)圖像進(jìn)行二值化操作，將目標(biāo)物和背景進(jìn)行區(qū)分；
[0009] 步驟二、以參考圖像為基準(zhǔn)，對(duì)浮動(dòng)圖像進(jìn)行角度配準(zhǔn)操作，得到二值化浮動(dòng)圖像 的旋轉(zhuǎn)角度；
[0010] 步驟三、以參考圖像為基準(zhǔn)，對(duì)浮動(dòng)圖像進(jìn)行平移配準(zhǔn)操作，得到二值化浮動(dòng)圖像 在平面內(nèi)橫向和縱向移動(dòng)的距離；
[0011] 步驟四、將所得到的二值化浮動(dòng)圖像旋轉(zhuǎn)的角度以及在平面內(nèi)橫向和縱向移動(dòng)的 距離分別運(yùn)用于實(shí)際原圖像中，使得其按照指定的角度和距離進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平動(dòng)，矯正原浮 動(dòng)圖像，使其與參考圖像現(xiàn)實(shí)配準(zhǔn)。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述步驟二具體包括：
[0013] (201):對(duì)經(jīng)過(guò)二值化處理的浮動(dòng)圖像設(shè)置其對(duì)應(yīng)的角度旋轉(zhuǎn)范圍，當(dāng)所述浮動(dòng)圖 像在所述角度旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，浮動(dòng)圖像將有機(jī)會(huì)與參考圖像的角度一直；
[0014] (202):在（201)設(shè)定的角度旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，對(duì)經(jīng)過(guò)二值化處理的浮動(dòng)圖像設(shè)置其對(duì) 應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度增量，浮動(dòng)圖像以旋轉(zhuǎn)角度增量不停的旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一次分別計(jì)算二值化浮 動(dòng)圖像和二值化參考圖像上每一像素列上目標(biāo)像素的數(shù)目；
[0015] (203):根據(jù)（202)得出的二值化參考圖像和二值化浮動(dòng)圖像每一列的目標(biāo)物像 素?cái)?shù)，列出兩個(gè)向量表達(dá)式：
[0016] R = [R(1),R(2)……R(P)],F = [F(1),F(2)……F(P)]；
[0017] 其中，R表示二值化參考圖像中每一列的目標(biāo)物像素?cái)?shù)，F(xiàn)表示二值化浮動(dòng)圖像中 每一列的目標(biāo)物像素?cái)?shù)，P表示列數(shù)；
[0018] (204):將步驟（203)中，將兩個(gè)向量表達(dá)式中前面的0元素全部去除，使得第一個(gè) 非零元素作為向量的第一個(gè)元素；
[0019] (205):在經(jīng)過(guò)（204)處理的向量中截取其前N個(gè)元素，使得這N個(gè)元素均能將目 標(biāo)物包含在內(nèi)，最終得出如下向量表達(dá)式：
[0020] R，= [R，（1)，R，（2)，R，（3)......R，（N-2)，R，（N_l)，R，（N)]，
[0021] F，= [F，（1)，F(xiàn)，（2)，F(xiàn)，（3)......F，（N_2)，F(xiàn)，（N_l)，F(xiàn)，（N)];
[0022] 其中，R'和F'分別為R和F對(duì)應(yīng)的變化后表達(dá)形式；
[0023] (206):每旋轉(zhuǎn)一次浮動(dòng)圖像分別計(jì)算向量R'與F'各對(duì)應(yīng)元素之差的絕對(duì)值之 和，即表達(dá)式 F'(z')l的值，最終得到關(guān)于Μ的一個(gè)向量：
[0024] Μ= [Μ(1),Μ(2),Μ(3), ......M(j-2), M(j-l), M(j)]；
[0025] 求出其中的最小值 M (k) = min [Μ (1)，Μ (2)，Μ (3)，……Μ (j_2)，Μ (j_l)，Μ (j)]，當(dāng) Μ 的取值為M(k)時(shí)，浮動(dòng)圖像矯正完畢。
[0026] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述步驟三具體包括：
[0027] (301):給定二值化浮動(dòng)圖像在X軸和Y軸方向移動(dòng)的范圍，在此范圍內(nèi)浮動(dòng)圖像 將有機(jī)會(huì)與參考圖像重置；
[0028] (302):在浮動(dòng)圖像的移動(dòng)過(guò)程中，計(jì)算浮動(dòng)圖像和參考圖像在相同的坐標(biāo)點(diǎn)都是 目標(biāo)物像素點(diǎn)的像素?cái)?shù)S ;
[0029] (303):經(jīng)過(guò)步驟（302)得出一個(gè)關(guān)于S值分布的向量：
[0030] [S ⑴，S ⑵，S (3)，……S (j-2)，S (j-1)，S (j)];
[0031] 求得其最大值：
[0032] S (m) = max [S (1)，S (2)，S (3)，...... S (j-2), S (j-1), S (j)]；
[0033] 在二值化浮動(dòng)圖像平動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)S的取值為S(m)時(shí)，二值化浮動(dòng)圖像與參考 圖像實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)。
[0034] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述參考圖像和浮動(dòng)圖像的尺寸大小一致。
[0035] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，步驟（201)中，所述角度旋轉(zhuǎn)范圍為0°至360°。
[0036] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明所公開(kāi)的 圖像配準(zhǔn)方法，顯著提高了圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)健性，減少圖像配準(zhǔn)所花的時(shí)間和 所需的計(jì)算資源，計(jì)算量小、速度快，明顯的提升了系統(tǒng)的效率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為二值化后的參考圖像，其中白色為目標(biāo)物，黑色為背景；
[0038] 圖2為二值化后的浮動(dòng)圖像，其中白色為目標(biāo)物，黑色為背景；
[0039] 圖3為二值化浮動(dòng)圖像每一像素列上目標(biāo)像素的數(shù)目坐標(biāo)圖；
[0040] 圖4為二值化參考圖像每一像素列上目標(biāo)像素?cái)?shù)目坐標(biāo)圖；
[0041] 圖5.為角度得到矯正后的二值化浮動(dòng)圖像；
[0042] 圖6為四幅簡(jiǎn)單二值化圖像示意圖；
[0043] 圖7為最終得到配準(zhǔn)的二值化浮動(dòng)圖像；
[0044] 圖8為圖像配準(zhǔn)流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
[0046] 對(duì)浮動(dòng)圖像的配準(zhǔn)操作過(guò)程中，其主要包括角度配準(zhǔn)以及平移配準(zhǔn)兩方面。
[0047] 本發(fā)明所公開(kāi)的方法中，圖像配準(zhǔn)流程如圖8所示。所述基于目標(biāo)物像素投影判 斷的斷層切片圖像配準(zhǔn)方法，具體步驟包括：
[0048] 步驟一、對(duì)參考圖像和浮動(dòng)圖像進(jìn)行二值化操作，將目標(biāo)物和背景進(jìn)行區(qū)分；
[0049] 步驟二、以參考圖像為基準(zhǔn)，對(duì)浮動(dòng)圖像進(jìn)行角度配準(zhǔn)操作，得到二值化浮動(dòng)圖像 的旋轉(zhuǎn)角度；
[0050] 步驟三、以參考圖像為基準(zhǔn)，對(duì)浮動(dòng)圖像進(jìn)行平移配準(zhǔn)操作，得到二值化浮動(dòng)圖像 在平面內(nèi)橫向和縱向移動(dòng)的距離；
[0051] 步驟四、將所得到的二值化浮動(dòng)圖像旋轉(zhuǎn)的角度以及在平面內(nèi)橫向和縱向移動(dòng)的 距離分別運(yùn)用于實(shí)際原圖像中，使得其按照指定的角度和距離進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平動(dòng)，矯正原浮 動(dòng)圖像，使其與參考圖像現(xiàn)實(shí)配準(zhǔn)。
[0052] 出于方便操作的考慮，首先將參考圖像和浮動(dòng)圖像均進(jìn)行二值化的操作，將目標(biāo) 物和背景進(jìn)行區(qū)分。二值化后的參考圖像和浮動(dòng)圖像分別如圖1、圖2所示。首先對(duì)浮動(dòng)圖 像進(jìn)行角度配準(zhǔn)的操作。
[0053] 給二值化浮動(dòng)圖像一個(gè)角度旋轉(zhuǎn)的范圍，使得二值化浮動(dòng)圖像的角度在這個(gè)旋轉(zhuǎn) 范圍內(nèi)能有機(jī)會(huì)能與參考圖像一致。在給定的角度范圍內(nèi)，二值化浮動(dòng)圖像以一個(gè)很小的 角度增量不停地旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一次分別計(jì)算二值化浮動(dòng)圖像和二值化參考圖像上每一像素 列上目標(biāo)像素的數(shù)目，分別得到如圖3、圖4所示的坐標(biāo)圖。
[0054] 根據(jù)坐標(biāo)圖可以明顯看出，在剛開(kāi)始一段，目標(biāo)像素?cái)?shù)目是0,這是由于目標(biāo)物并 非是從最左邊開(kāi)始，由于參考圖像和浮動(dòng)圖像的目標(biāo)物的角度存在一定的差異，因此兩坐 標(biāo)圖的形狀存在一定的差異。
[0055] 根據(jù)二值化參考圖像和二值化浮動(dòng)圖像每一列的目標(biāo)物像素?cái)?shù)，這里可以列出兩 個(gè)向量R= [R(1)，R(2)……R(700)]以及F = [F(1)，F(xiàn)(2)……F(700)]，其向量的每個(gè)元 素的值表示對(duì)應(yīng)力的列上的像素?cái)?shù)目。兩個(gè)向量前面的若干元素值都是〇,到后面的第一個(gè) 非零值時(shí)說(shuō)明圖像的該列已經(jīng)有目標(biāo)物的像素，到最后所有元素值又統(tǒng)一為〇,說(shuō)明在圖像 的最后數(shù)列內(nèi)并沒(méi)有目標(biāo)物的像素，所以R和F應(yīng)該具有的形式為：
[0056] R= [0,0,0......R(i-l), R(i), R(i+1)......0,0,0];
[0057] F = [0, 0, 0……F (i-1)，F(xiàn) (i)，F(xiàn) (i+1)……0,0,0]；
[0058] 將兩個(gè)向量的前面的所有0元素全部去除，使得第一個(gè)非零元素作為向量的第一 個(gè)元素，得到兩個(gè)新的向量之后同時(shí)截取前面的N個(gè)元素，使得這N個(gè)元素列都能將目標(biāo)物 包含在內(nèi)，最終得到的兩個(gè)向量為：
[0059] R，= [R，（1)，R，（2)，R，⑶......R，（N_2)，R，（N_l)，R，（N)];
[0060] F，= [F，（1)，F(xiàn)，（2)，F(xiàn)，（3)......F，（N_2)，F(xiàn)，（N_l)，F(xiàn)，（N)];
[0061] 每旋轉(zhuǎn)一次浮動(dòng)圖像后，分別計(jì)算

【權(quán)利要求】
1. 一種基于目標(biāo)物像素投影判斷的斷層切片圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，具體步驟包 括： 步驟一、對(duì)參考圖像和浮動(dòng)圖像進(jìn)行二值化操作，將目標(biāo)物和背景進(jìn)行區(qū)分； 步驟二、以參考圖像為基準(zhǔn)，對(duì)浮動(dòng)圖像進(jìn)行角度配準(zhǔn)操作，得到二值化浮動(dòng)圖像的旋 轉(zhuǎn)角度； 步驟三、以參考圖像為基準(zhǔn)，對(duì)浮動(dòng)圖像進(jìn)行平移配準(zhǔn)操作，得到二值化浮動(dòng)圖像在平 面內(nèi)橫向和縱向移動(dòng)的距離； 步驟四、將所得到的二值化浮動(dòng)圖像旋轉(zhuǎn)的角度以及在平面內(nèi)橫向和縱向移動(dòng)的距離 分別運(yùn)用于實(shí)際原圖像中，使得其按照指定的角度和距離進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平動(dòng)，矯正原浮動(dòng)圖 像，使其與參考圖像現(xiàn)實(shí)配準(zhǔn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于目標(biāo)物像素投影判斷的斷層切片圖像配準(zhǔn)方法，其特 征在于，所述步驟二具體包括： (201) :對(duì)經(jīng)過(guò)二值化處理的浮動(dòng)圖像設(shè)置其對(duì)應(yīng)的角度旋轉(zhuǎn)范圍，當(dāng)所述浮動(dòng)圖像在 所述角度旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，浮動(dòng)圖像將有機(jī)會(huì)與參考圖像的角度一致； (202) :在（201)設(shè)定的角度旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，對(duì)經(jīng)過(guò)二值化處理的浮動(dòng)圖像設(shè)置其對(duì)應(yīng)的 旋轉(zhuǎn)角度增量，浮動(dòng)圖像以旋轉(zhuǎn)角度增量不停的旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一次分別計(jì)算二值化浮動(dòng)圖 像和二值化參考圖像上每一像素列上目標(biāo)像素的數(shù)目； (203) :根據(jù)（202)得出的二值化參考圖像和二值化浮動(dòng)圖像每一列的目標(biāo)物像素?cái)?shù)， 列出兩個(gè)向量表達(dá)式： R= [R(1)，R(2)……R(P)],F= [F(I),F(2)……F(P)]； 其中，向量R表示二值化參考圖像中每一列的目標(biāo)物像素?cái)?shù)，向量F表示二值化浮動(dòng)圖 像中每一列的目標(biāo)物像素?cái)?shù)，P表示列數(shù)； (204) :將步驟（203)中，將兩個(gè)向量表達(dá)式中前面的0元素全部去除，使得第一個(gè)非零 元素作為向量的第一個(gè)元素； (205) :在經(jīng)過(guò)（204)處理的向量中截取其前N個(gè)元素，使得這N個(gè)元素均能將目標(biāo)物 包含在內(nèi)，最終得出如下向量表達(dá)式： R，= [R，（1)，R，（2)，R，⑶......R，（N-2)，R，（N-I)，R，（N)]; F' = [F，（1)，F(xiàn)，（2)，F(xiàn)，（3)......F'（N-2)，F(xiàn)'（N-I)，F(xiàn)'（N)]; 其中，R'和F'分別為R和F對(duì)應(yīng)的變化后表達(dá)形式； (206) :每旋轉(zhuǎn)一次浮動(dòng)圖像分別計(jì)算向量R'與F'各對(duì)應(yīng)元素之差的絕對(duì)值之和，即 表達(dá)式從=Zl/?'(/)_，'(/)I的值，最終得到關(guān)于M的一個(gè)向量： M= [M(1)，M(2)，M(3)，......M(j-2)，M(j-l)，M(j)]; 向量M的元素的個(gè)數(shù)即浮動(dòng)圖像所旋轉(zhuǎn)的次數(shù)。找出向量M所有元素中值最小的元素M(k) =min[M⑴，M⑵，M(3)，……M(j_2)，M(j_l)，M(j)]，當(dāng)M的取值為M(k)時(shí)，浮動(dòng)圖像 矯正完畢。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種基于目標(biāo)物像素投影判斷的斷層切片圖像配準(zhǔn)方法， 其特征在于，所述步驟三具體包括： (301):給定二值化浮動(dòng)圖像在X軸和Y軸方向移動(dòng)的范圍，在此范圍內(nèi)浮動(dòng)圖像將有 機(jī)會(huì)與參考圖像重疊； (302) :在浮動(dòng)圖像的移動(dòng)過(guò)程中，計(jì)算浮動(dòng)圖像和參考圖像在相同的坐標(biāo)點(diǎn)都是目標(biāo) 物像素點(diǎn)的像素?cái)?shù)S; (303) :經(jīng)過(guò)步驟（302)得出一個(gè)關(guān)于S值分布的向量： [S(I)，S(2)，S(3)，……S(j-2)，S(j-1)，S(j)]; 求得其最大值： S(m) =max[S(I)，S(2)，S(3)，……S(j-2),S(j-1),S(j)]； 在二值化浮動(dòng)圖像平動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)S的取值為S(m)時(shí)，二值化浮動(dòng)圖像與參考圖像 實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于目標(biāo)物像素投影判斷的斷層切片圖像配準(zhǔn)方法，其特 征在于：所述參考圖像和浮動(dòng)圖像的尺寸大小一致。
5. 如權(quán)利要求2所述的一種基于目標(biāo)物像素投影判斷的斷層切片圖像配準(zhǔn)方法，其特 征在于：步驟（201)中，所述角度旋轉(zhuǎn)范圍為0°至360°。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK104268894SQ201410555187
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】袁鐵軍, 孟龍暉, 張秀麗 申請(qǐng)人:鹽城工學(xué)院