可移動成像設備的圖像運動檢測方法及圖像降噪方法
【專利摘要】一種可移動成像設備的圖像運動檢測方法，包括：根據(jù)特定樣率對前一幀和當前幀圖像進行采樣，分別獲得前一幀尺度圖和當前幀尺度圖；在前一幀尺度圖中確定搜索區(qū)，在當前幀尺度圖中確定搜索塊，所述搜索區(qū)覆蓋所述搜索塊；在所述搜索區(qū)搜索與所述搜索塊匹配的區(qū)域，確定所述匹配的區(qū)域為匹配塊；根據(jù)所述搜索塊與所述匹配塊的位置關系確定圖像的全局運動。
【專利說明】
可移動成像設備的圖像運動檢測方法及圖像降噪方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理領域，特別涉及圖像運動檢測方法及圖像降噪方法。
【背景技術】
[0002]目前，可移動醫(yī)學成像設備采集的圖像中圖像的降噪一般采用基于時閾的遞歸降噪，對于靜止的圖像序列，遞歸系數(shù)大，降噪效果好，但對于運動圖像，遞歸降噪的遞歸系數(shù)大就會弓I起較明顯的運動偽影。
[0003]以下是現(xiàn)有遞歸降噪的說明。在采用時域遞歸濾波方法進行降噪時，先把當前幀圖像的像素和前一幀圖像的經過降噪處理的像素按一定的比例疊加，其過程如以下公式:
[0004]Pn' (X,y) =Pn(x，y)*k+Pn_l ’(x，y)*(l_k)。
[0005]其中，Pn-Γ是指前一幀降噪后的圖像，對于降噪系數(shù)k，k值越大，當前幀占的比重就大，遞歸就淺，降噪不明顯;k值越小，則當前幀所占比重越小，遞歸深，降噪明顯。但是由于使用前一幀與當前幀的加權疊加，對于運動的目標就會在降噪后的圖中看到前一幀的“殘影”，k值取得越小，“殘影”越明顯。
[0006]為了減少運動偽影，需要根據(jù)圖像的運動改變遞歸系數(shù)。兩幀圖像之間相對運動越大，k值就應該取得大，偽影減少的同時降噪效果也相應減小，因此需要在減小運動偽影和消除噪聲之間取的比較平衡的效果，k值就要取得合適。K值的選取需要根據(jù)圖像之間實際的運動情況來進行選取，因此需要運動動情況的檢測。
[0007]在現(xiàn)有技術中關于運動情況的檢測是基于運動補償?shù)臋z測方法:主要應用于圖像整體發(fā)生平移運動，如設備的移動導致的圖像的平移。該方法對當前幀取一塊區(qū)域，作為搜索塊，在前一幀取一搜索區(qū)域，用搜索塊在搜索區(qū)域中找出相似度最大的塊區(qū)域，作為匹配塊，利用這一匹配塊的和搜索塊的位置估算位移作為整個圖像的位移情況。而這種方法計算量大，影響圖像的處理效率。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中提到的問題，提供一種減少計算量的同時又能精確測量圖像全局運動的方法及根據(jù)所述檢測方法對圖像進行降噪的圖像降噪方法。
[0009]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種可移動成像設備的圖像運動檢測方法，包括:
[0010]根據(jù)特定采樣率對前一幀和當前幀圖像進行采樣，分別獲得前一幀尺度圖和當前幀尺度圖；
[0011]在前一幀尺度圖中確定搜索區(qū)，在當前幀尺度圖中確定搜索塊，所述搜索區(qū)覆蓋所述搜索塊；
[0012]在所述搜索區(qū)搜索與所述搜索塊匹配的區(qū)域，確定所述匹配的區(qū)域為匹配塊；
[0013]根據(jù)所述搜索塊與所述匹配塊的位置關系確定圖像的全局運動。
[0014]可選的，所述的圖像運動檢測方法，還包括:
[0015]在采樣之前對所述前一幀和當前幀圖像進行去無效區(qū)的步驟。
[0016]可選的，所述的圖像運動檢測方法中，
[0017]所述搜索區(qū)是在所述前一幀尺度圖中對應所述搜索塊的區(qū)域上向外擴展不小于設備移動距離對應的像素位后形成的區(qū)域。
[0018]可選的，所述的圖像運動檢測方法中，
[0019]所述搜索區(qū)是在所述前一幀尺度圖中對應所述搜索塊的區(qū)域上在設備移動方向上擴展不小于設備移動距離對應的像素位后形成的區(qū)域。
[0020]本發(fā)明還提供一種圖像運動檢測方法，還包括:
[0021]根據(jù)第一采樣率對前一幀和當前幀圖像進行采樣，分別獲得前一幀第一尺度圖和當前幀第一尺度圖；
[0022]在前一幀第一尺度圖中確定第一搜索區(qū)，在當前幀第一尺度圖中確定第一搜索塊，所述第一搜索區(qū)覆蓋所述第一搜索塊；
[0023]在所述第一搜索區(qū)搜索與所述第一搜索塊匹配的區(qū)域，確定所述匹配的區(qū)域為第一匹配塊；
[0024]根據(jù)第二采樣率，對前一幀和當前幀圖像進行采樣，分別獲得前一幀第二尺度圖和當前幀第二尺度圖，所述第二采樣率要大于所述第一采樣率；
[0025]在前一幀第二尺度圖中確定對應第一匹配塊的區(qū)域為第二匹配塊；
[0026]將所述第二匹配塊所在的區(qū)域向外擴展獲得第二搜索區(qū)；
[0027]在當前幀第二尺度圖中確定對應第一搜索塊的區(qū)域為第二搜索塊；
[0028]在所述第二搜索區(qū)搜索與所述第二搜索塊匹配的區(qū)域，確定該匹配的區(qū)域為第三匹配塊；
[0029]根據(jù)所述第二搜索塊與所述第三匹配塊的位置關系確定圖像的全局運動。
[0030]可選的，所述圖像運動檢測方法中，
[0031 ]所述第一采樣率和所述第二采樣率均為偶數(shù)分之一采樣率。
[0032]可選的，所述圖像運動檢測方法中，
[0033]所述第一采樣率為l/2n;所述第二采樣率為1/n，其中η為偶數(shù)。
[0034]可選的，所述圖像運動檢測方法中，
[0035]所述第一采樣率為1/4，所述第二采樣率為1/2。
[0036]可選的，所述圖像運動檢測方法中，
[0037]所述前一幀第二尺度圖中對應第一匹配塊的區(qū)域向外擴展是指在前一幀第二尺度圖中對應第一匹配塊頂點的像素中取最外面的像素作為第二匹配塊的頂點。
[0038]本發(fā)明還提供一種可移動成像設備的圖像降噪方法，包括:
[0039]根據(jù)所述的方法計算前一幀和當前幀圖像的全局運動；
[0040]根據(jù)所述全局運動計算前一幀和當前幀圖像的重疊區(qū)域；
[0041 ]將前一幀和當前幀圖像中的重疊區(qū)域分別分割為對應的至少兩個子塊；
[0042 ]對前一幀和當前幀圖像中對應子塊的灰度值進行比較;及
[0043]根據(jù)比較結果調整降噪系數(shù)。
[0044]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明綜合考慮了圖像幀間的運動情況，針對全局運動和局部運動的實時圖像提出一種運動檢測方法，結合了整體運動位移估計和局部運動檢測，更全面的判斷圖像幀間運動情況，并根據(jù)不同的運動情況設定不同的降噪系數(shù)，在對圖像進行降噪的同時也減少圖像的偽影。
[0045]進一步地，通過對圖像采樣后檢測全局運動的方法，在有效的降低計算量的同時不會影響運動檢測的結果。
【附圖說明】
[0046]圖1是本發(fā)明的圖像全局運動檢測方法的流程示意圖；
[0047]圖2是本發(fā)明的根據(jù)第一尺度圖進行匹配的過程示意圖；
[0048]圖3是本發(fā)明的搜索區(qū)的生成示意圖；
[0049]圖4是本發(fā)明的根據(jù)第二尺度圖進行匹配的過程示意圖；
[0050]圖5是本發(fā)明的根據(jù)兩次匹配過程的獲取的匹配塊示意圖；
[0051 ]圖6是本發(fā)明的局部運動檢測方法的流程示意圖；
[0052]圖7是根據(jù)本發(fā)明的局部運動檢測過程示意圖。
【具體實施方式】
[0053]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的【具體實施方式】的限制。
[0054]圖1是本發(fā)明的圖像全局運動檢測方法的流程示意圖。以下結合附圖1對圖像全局運動的檢測方法進行說明。
[0055]如圖1所示，圖像全局運動檢測包括以下步驟。
[0056]S10，在前一幀和當前幀圖像中去掉無效區(qū)域，生成有效區(qū)域圖像。在醫(yī)學診斷圖像中，如X線成像設備生成的圖像里，有效區(qū)域指與診斷相關的區(qū)域，也就是X線穿過人體組織后形成的圖像區(qū)域，而無效區(qū)域是X線未經過人體組織后形成的圖像區(qū)域，因為不同物質對X線的吸收不同，因此經過人體的圖像區(qū)域和未經過人體的圖像區(qū)域在圖像中的灰度值會有明顯的差異，在這一步驟中首先設置灰度閾值，將圖像中的像素灰度值與所述閾值進行比較，以此判斷該像素點是否為有效區(qū)域的像素點，去掉無效背景區(qū)域，只保留感興趣區(qū)域。通過上述步驟可以減少需要計算的像素點數(shù)，能有效的提高計算效率。
[0057]Sll，分別生成前一幀和當前幀的第一尺度圖。對上一步驟中去掉無效區(qū)域后的圖像進行采樣，所述采樣可以是行列各取1/4的下采樣方法，是對行或列每隔三行取一行(相當于對原始圖像進行1/16采樣)。在此也可以其他采樣率，如1/3或1/5等，此處不做限定。
[0058]S12，在前一幀第一尺度圖中確定第一搜索區(qū)。圖2是本發(fā)明的根據(jù)第一尺度圖進行匹配的過程示意圖，如圖2所示，在當前幀第一尺度圖120中確定第一搜索塊121，在前一幀第一尺度圖110中確定第一搜索區(qū)111，所述第一搜索區(qū)111是在前一幀第一尺度圖110的圖像中心范圍獲取，所述第一搜索塊121是在當前幀的第一尺度圖120的圖像中心范圍獲取。所述第一搜索區(qū)111要大于所述第一搜索塊121。
[0059]在這一步驟中，所述第一搜索塊121不易太大或太小，搜索塊的大小的選擇一般取決于設備的移動速度，一般對于前后兩幀不會出現(xiàn)平移很大的情況，如果出現(xiàn)很大的情況，有可能都是運動區(qū)域，在后續(xù)計算的過程中會不匹配，算法會終止。若第一搜索塊太大對減少計算量沒有太大的幫助，若太小則有可能會出現(xiàn)計算誤差，所述搜索塊的大小可以在當前第一尺度圖大小的1/48至1/16之間取，其中1/32為佳。
[0060]圖3為搜索區(qū)的生成示意圖。搜索區(qū)的大小根據(jù)設備移動情況確定，在本實施例中，若設備移動為L個像素位，則在前一幀第一尺度圖中的中心范圍對應第一搜索塊的區(qū)域再向外擴展2L像素位的范圍，擴展后的區(qū)域定義為第一搜索區(qū)。在其他實施例中也可以用其他方式定義搜索區(qū)，如，當判斷設備的移動僅是在A-B方向上發(fā)生，則僅在A-B方向擴展2L像素位的范圍，而在C-D方向上只增加IL像素位的范圍。也即，在設備移動發(fā)生幅度較少或沒有發(fā)生移動的方向上增加的像素位范圍較少或不增加，移動發(fā)生幅度較多的方向上增加的范圍也多，以全面覆蓋搜索塊對應的區(qū)域為準。上述設備移動可以是設備的主動移動或被動移動。
[0061]S13:在第一搜索區(qū)對第一搜索塊進行相似度匹配，確定最佳匹配區(qū)域，并定義為第一匹配塊。結合圖2，在確定所述第一匹配塊112以后記錄第一匹配塊112的頂點坐標，如:左下角xl，yl，右上角x2，y2，在此也可以記錄右下角和左上角的坐標，在此不做限定。其中，相似度匹配的過程是采用比較塊內的灰度差，差值越小，表示越相似。
[0062]S14:分別生成前一幀和當前幀的第二尺度圖。所述第二尺度圖可以是行或列各取1/2下采樣，是對行或列每隔一行取一行。在此也可以是其他方式，但是第二尺度圖中采樣的像素點要多于第一尺度圖。
[0063]S15:在前一幀第二尺度圖中確定第一匹配塊的位置，定義為第二匹配塊。圖4是本發(fā)明的根據(jù)第二尺度圖進行匹配的過程示意圖。如圖4所示，在當前幀第二尺度圖220中，確定對應第一搜索塊121的區(qū)域為第二搜索塊221;在前一幀第二尺度圖210中，將對應第一匹配塊112的區(qū)域確定為第二匹配塊212，所述第二搜索塊221和第二匹配塊212所在區(qū)域可以通過第一尺度圖和第二尺度圖的采樣比關系確定。
[0064]S16:對第二匹配塊212進行擴展，生成第二搜索區(qū)211。圖5是本發(fā)明的根據(jù)兩次匹配過程獲取的匹配塊的示意圖。如圖4、圖5所示，在上述步驟中確定的第二匹配塊212的兩個頂點坐標為左下角(xl ’，yl’)，右上角(x2 ’，y2 ’)，在第二匹配塊212周圍往外擴一個范圍，在前一幀第二尺度圖210上形成新的搜索區(qū)范圍，也即第二搜索區(qū)211，新的搜索區(qū)211左下角坐標為(xl，_range/2;yl ’-range/2)，右上角坐標為(x2’+range/2，y2’+range/2)。
[0065]所述在第二匹配塊212周圍向外擴一個范圍是指，按特定的像素位向外擴展，如擴10個像素位;或可以是對應像素點位的擴展，如在1/4采樣的第一尺度圖中的一個頂點像素點對應1/2采樣的第二尺度圖的四個像素點，在對應的4個像素點中取最靠外的像素點坐標。
[0066]S17:在第二搜索區(qū)211對第二搜索塊221進行相似度匹配，確定最佳匹配區(qū)域，并定義為第三匹配塊214。
[0067]S18:在前一幀和當前幀圖像中分別確定第三匹配塊214和第二搜索塊221的位置，并計算整體圖像位移。
[0068]在進行全局快速匹配時，獲取尺度圖時不能使原圖像縮小的太多，縮小的多可能導致獲取的尺度圖中圖像的信息損失過多，進而導致在搜索區(qū)匹配的位置誤差大。在上述實施例中第一尺度圖和第二尺度圖分別選擇1/4和1/2的采樣率，使原圖信息損失不大，搜索后準確性不降，且達到了減少計算量的目的。
[0069]進一步，在上述方法中，在尺度選擇的時候，考慮了以偶數(shù)倍進行降采樣，這樣在縮放的時候圖像大小容易控制，方便計算，若采用奇數(shù)倍進行降采樣(如1/3或1/5等)在計算的過程中有可能會出現(xiàn)除不盡，在這種情況下?lián)Q算坐標和長度的時候就需要近似換算，因此在采樣的過程中最好以偶數(shù)分子I的采樣較佳。
[0070]圖6是本發(fā)明的圖像局部運動檢測方法的流程示意圖。以下結合附圖6對局部運動檢測方法進行說明。
[0071]S20，確定前一幀圖像和當前幀圖像的重合區(qū)域。圖7是根據(jù)本發(fā)明的圖像局部運動檢測過程示意圖，如圖7所示，當前幀圖像經過全局位移后，某些區(qū)域可能和前一幀不重合，這部分區(qū)域標識為新增區(qū)域311，而前一幀圖像中也有部分與當前幀圖像不重合，這部分區(qū)域標識為移出區(qū)域321。
[0072]S21，將前一幀圖像和當前幀圖像中的重疊區(qū)域分別分割為對應的n*m塊。其中所述n、m分別為自然數(shù)，n、m可以是相同的自然數(shù)，本發(fā)明中每塊大小為32*32個像素點(也可以是其他大小)。
[0073]S22，比對重疊區(qū)域對應塊的灰度值。對當前幀圖像的第I塊的灰度值均值與前一幀的第I’塊的灰度值均值進行比較，灰度值差異計算對應了前后兩幀對應塊的匹配程度，作為每個塊的運動強度標識。設定兩個閾值，灰度差異小于小閾值的為靜止或緩慢運動區(qū)，差異大于大閾值時為強運動區(qū)，小于大閾值、大于小閾值時為中等運動區(qū)。
[0074]在根據(jù)上述步驟的結果，適當?shù)恼{整遞歸系數(shù)，如強運動區(qū)域采用較小的遞歸系數(shù);運動緩慢或靜止區(qū)域采用較大的遞歸系數(shù);而處于中等運動區(qū)的采用相對中等的遞歸系數(shù)。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的技術方法有如下效果，以搜索塊的大小定義為128*128，搜索范圍的大小定義為384*384為例，在不進行降采樣，進行塊匹配過程中整個搜索完成的塊匹配次數(shù)需要257*257 = 66049;在進行降采樣為1/4的情況下，搜索塊則是128/4，即搜索塊的大小為32*32，搜索范圍是384/4，也即搜索區(qū)的大小為96*96，在1/4降采樣圖像上，采用由粗到精的過程進行快速搜索匹配，全部搜索完進行的匹配次數(shù)是65*65次;在1/4采樣圖搜索完成后，換算到1/2采樣圖上去計算，此時搜索塊大小變成64*64，且由于1/4采樣圖上已經找到近似位置，1/2采樣圖上只需要在近似位置附近往外再擴展誤差范圍即可，這里假設擴展10個像素誤差范圍，則搜索范圍變?yōu)?4*74，全部搜索完只需要11*11次;在1/2采樣圖上搜索完后，換算到原圖做最后搜索，搜索塊變?yōu)?28*128，同時由于在1/2采樣圖上找到近似匹配塊，只需要在這個近似位置往外擴展一個誤差范圍即可，假設也擴展10個像素為誤差范圍，則搜索范圍變?yōu)?38*138，全部搜索完只需要11*11次。比較的結果為在降采樣下全部搜索的次數(shù)是65*65+11*11+11*11 =4467。根據(jù)上述分析，使用降采樣，由粗到細的快速匹配方式使得匹配次數(shù)大大減少，算法次數(shù)從66049減少到4467次，節(jié)省了算法時間；而且在降采樣圖上的搜索塊小，匹配計算也快一些。
[0076]本發(fā)明提出了一種基于全局運動估算和局部運動標識相結合的運動檢測方法。本算法把全局運動和局部運動結合到一起，綜合考慮了運動的情況，全面判斷了圖像的運動情況，適用于多種運動情況。本算法在進行全局運動估算時用了基于多尺度的快速估算，從低尺度到高尺度的逐級搜索，加快了全局運動的搜索速度。
[0077]本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
【主權項】
1.一種可移動成像設備的圖像運動檢測方法，其特征在于，包括: 根據(jù)特定采樣率對前一幀和當前幀圖像進行采樣，分別獲得前一幀尺度圖和當前幀尺度圖； 在前一幀尺度圖中確定搜索區(qū)，在當前幀尺度圖中確定搜索塊，所述搜索區(qū)覆蓋所述搜索塊； 在所述搜索區(qū)搜索與所述搜索塊匹配的區(qū)域，確定所述匹配的區(qū)域為匹配塊； 根據(jù)所述搜索塊與所述匹配塊的位置關系確定圖像的全局運動。2.根據(jù)權利要求1所述的圖像運動檢測方法，其特征在于，還包括: 在采樣之前對所述前一幀和當前幀圖像進行去無效區(qū)的步驟。3.根據(jù)權利要求1所述的圖像運動檢測方法，其特征在于， 所述搜索區(qū)是在所述前一幀尺度圖中對應所述搜索塊的區(qū)域上向外擴展不小于設備移動距離對應的像素位后形成的區(qū)域。4.根據(jù)權利要求1所述的圖像運動檢測方法，其特征在于， 所述搜索區(qū)是在所述前一幀尺度圖中對應所述搜索塊的區(qū)域上在設備移動方向上擴展不小于設備移動距離對應的像素位后形成的區(qū)域。5.一種可移動成像設備的圖像運動檢測方法，其特征在于， 根據(jù)第一采樣率對前一幀和當前幀圖像進行采樣，分別獲得前一幀第一尺度圖和當前幀第一尺度圖； 在前一幀第一尺度圖中確定第一搜索區(qū)，在當前幀第一尺度圖中確定第一搜索塊，所述第一搜索區(qū)覆蓋所述第一搜索塊； 在所述第一搜索區(qū)搜索與所述第一搜索塊匹配的區(qū)域，確定所述匹配的區(qū)域為第一匹配塊； 根據(jù)第二采樣率，對前一幀和當前幀圖像進行采樣，分別獲得前一幀第二尺度圖和當前幀第二尺度圖，所述第二采樣率要大于所述第一采樣率； 在前一幀第二尺度圖中確定對應第一匹配塊的區(qū)域為第二匹配塊； 將所述第二匹配塊所在的區(qū)域向外擴展獲得第二搜索區(qū)； 在當前幀第二尺度圖中確定對應第一搜索塊的區(qū)域為第二搜索塊； 在所述第二搜索區(qū)搜索與所述第二搜索塊匹配的區(qū)域，確定該匹配的區(qū)域為第三匹配塊； 根據(jù)所述第二搜索塊與所述第三匹配塊的位置關系確定圖像的全局運動。6.根據(jù)權利要求5所述的圖像運動檢測方法，其特征在于， 所述第一采樣率和所述第二采樣率均為偶數(shù)分之一。7.根據(jù)權利要求6所述的圖像運動檢測方法，其特征在于， 所述第一采樣率為l/2n;所述第二采樣率為1/n，其中η為偶數(shù)。8.根據(jù)權利要求6或7所述的圖像運動檢測方法，其特征在于， 所述第一采樣率為1/4，所述第二采樣率為1/2。9.根據(jù)權利要求5所述的圖像運動檢測方法，其特征在于， 所述前一幀第二尺度圖中對應第一匹配塊的區(qū)域向外擴展是指在前一幀第二尺度圖中對應第一匹配塊頂點的像素中取最外面的像素作為第二匹配塊的頂點。10.一種可移動成像設備的圖像降噪方法，其特征在于，包括: 根據(jù)權利要求1-9任一項所述的方法計算前一幀和當前幀圖像的全局運動； 根據(jù)所述全局運動計算前一幀和當前幀圖像的重疊區(qū)域； 將前一幀和當前幀圖像中的重疊區(qū)域分別分割為對應的至少兩個子塊； 對前一幀和當前幀圖像中對應子塊的灰度值進行比較；及根據(jù)比較結果調整降噪系數(shù)。
【文檔編號】H04N5/14GK105872310SQ201610247824
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】江春花, 趙書睿, 周海華, 邊鉞巖
【申請人】上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司