基于邻域关系对像素进行评分和调整以揭示图像中的数据制造技术

公开了用于数字图像的评分像素强度值调整的机器/计算机实现的系统、方法以及计算机程序产品。所述系统被配置为从数据储存器获得数字图像并且执行逐像素比较以产生每个像素分数。比较的类型包括：通过与邻近非相邻像素对进行比较来发现每个像素的最小分数和最大分数；通过与邻近像素进行比较来发现增量对分数；以及通过与由单个像素构成的矢量进行比较来发现多个矢量分数类型。该新信息被应用以调整每个像素的值。所述系统进一步被配置为对于数字图像中的多个像素产生一批这样的分数并产生多维评分像素调整图像。评分像素调整产生新的数字图像，其中，给定像素的值基于所述分数类型中的一个或多个来调整。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于邻域关系对像素进行评分和调整以揭示图像中的数据
本公开一般涉及图像处理，尤其涉及图像增强。
技术介绍
图像处理是输入为图像的任意形式的信号处理。例如，输入图像可以是照片、视频、视频帧或数字创建的图像。图像处理的输出可以是另一个图像或者与图像相关的可以表征该图像的参数。许多图像处理技术将图像作为二维信号对待，并且将信号处理技术应用于它。图像处理在包括摄影、计算机图形、计算机视觉、相片分析、模式识别、指纹分析、影像、面部识别、结构和材料损伤和缺陷的分析、雷达以及许多其它内容的多种多样的科学、工程和医学学科中被使用。 图像处理的重要应用是医学成像。在过去几十年，医学成像在疾病和医学异常的检测和诊断中发挥越来越大的作用。成像和图像处理通常在X射线诊断、超声的分析中以及计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)数据的三维可视化等中被使用。现有技术的目前状态是图像处理的几乎所有方面(包括图像分割、量化、增强、可视化、压缩和存储)的重大进展的结果。 图像增强指的是用于调整图像的技术，包括改进对比度和降低噪声的技术。图像分割用于识别图像中的感兴趣的结构并且区分它们。图像分割中所使用的技术包括例如阈值化、区域生长以及模式识别。量化应用于分割结构以提取医学图像中的特征的重要诊断信息，诸如形状、大小、纹理等。配准指的是使通过诸如来自CT扫描和MRI扫描的不同模态而获得的同一对象/目标的两个图像正确地配准(即，排列起来)的处理。可视化指的是使用专用硬件和软件来可视地检查医学和生物数据。对比度增强通常指的是基于强度曲线改变像素值。由于在现代诊断测试中可以生成大量的数据，医学图像的压缩、存储和通信构成对其存在日益增长的需求的领域。 目前的图像增强技术可以分为两类:(I)空间域方法，和(2)频率域方法。空间域方法操纵像素强度值以实现期望的增强。频率域方法通常涉及对图像执行傅立叶变换。接着，对傅立叶变换的图像进行图像增强操纵。最后，进行逆傅立叶变换以生成最终的增强图像。 空间域图像增强算法可以被认为是原生图像中的一个像素强度r到产生增强图像中的新像素强度s的变换s = T(r)。在该背景下，变换“T”是将给定像素的强度从值“r”变换为值“s”的任意函数。灰度像素的可能值的范围由用于表示强度的位数“k”确定。强度值的范围落在区间{O, (L-1)}中，其中，L = 2k。例如，对于8位图像(B卩，k = 8)，该范围将在区间{0，255}中。彩色图像可以通过将多个强度与每个像素相关联(例如，三个颜色强度，一个用于红色，一个用于绿色，一个用于蓝色)来表示。如相关领域的普通技术人员将清楚的，其它像素强度表示在该领域中是常见的。 当在空间域中进行变换时，将强度值!■和s归一化以位于范围{0，1}中通常是方便的。变换s = log(l+r)是空间域中的像素强度变换的简单示例。 不存在解决医学成像和诊断领域所面对的所有技术挑战的现有的图像增强算法。因此，需要用于医学异常以及疾病检测和诊断的改进图像增强技术。
技术实现思路
公开了用于调整图像以检测微弱的异常或察觉不到的细节的机器实现的方法。所公开的实施例表示用于利用对图像中的像素进行数学评分并继而基于所计算的分数调整它们的值的一种或多种方式、通过智能对比来生成优良的图像增强的新技术。本专利技术针对的是发现每个像素的邻域关系并且使用这些关系调整每个像素的值，由此揭示图像中所包含的微弱的或隐藏的数据。 公开了用于产生图像的评分像素调整的机器实现的系统。该系统包括接收器模块、分数产生模块、像素值调整模块、图像调整模块以及输出模块。接收器模块被配置为接收具有一批像素的数字图像，其中每个像素具有相应的值。分数产生模块被配置为对于每个像素确定以下中的至少一个:最小分数、最大分数、增量(delta)对分数以及矢量分数。像素值调整模块被配置为基于所述一个或多个分数结果来调整像素的值。图像调整模块被配置为基于调整的像素值产生调整图像。输出模块被配置为输出(例如，显示、存储或传输)调整图像。 在另一实施例中，公开了具有存储在其上的程序指令的计算机可读存储介质。所述程序指令在被处理器执行时使处理器产生图像的评分像素调整。所述程序指令使处理器接收具有一批像素的数字图像(其中每个像素具有相应的值)并确定最小分数、最大分数、增量对分数以及矢量分数中的至少一个。所述程序指令进一步使处理器基于所述至少一个确定的分数来调整像素的值并产生相应的调整的像素值。此外，所述程序指令使处理器基于调整的像素值来产生调整图像；并且输出调整图像。在该背景中，输出包括显示、打印、存储、传输或发送调整图像中的至少一个。 以下参照附图详细描述进一步的特征和优点以及各种实施例的结构和操作。注意，本专利技术不限于本文中描述的特定实施例。这样的实施例在本文中仅为了说明的目的而呈现。基于本文中所包含的教导，另外的实施例对于相关领域的技术人员将是清楚的。 【附图说明】 本专利或申请文件包含彩色制成的至少一个附图。具有彩色附图的该专利或专利申请公开的副本将由美国专利商标局根据请求并且在支付必要的费用后提供。 合并在本文中并且形成本说明书的一部分的附图示出本专利技术，并且与书面描述一起进一步用于解释本专利技术的原理并且使相关领域的技术人员能够做出并且使用本专利技术。 图1A和IB示出原生X射线图像和根据本专利技术的实施例的基于评分像素调整的相应的调整图像。 图1C示出根据本专利技术的实施例的基于从图1A的原生图像检测的最大像素的调整图像。 图1D示出根据本专利技术的实施例的基于从图1A的原生图像检测的最小像素的调整图像。 图2A和2B示出根据本专利技术的实施例的调整之前和之后的测试图案。 图3A和3B分别表示根据本专利技术的实施例的图像调整之前和之后的DNA珠粒图像。 图3C和3D分别表示根据本专利技术的实施例的图像调整之前和之后的另一示例DNA珠粒图像。 图4A示出原始的乳房摄影图像。 图4B和4C是根据本专利技术的实施例的基于图4A的图像的调整图像。 图4D和4E分别示出根据本专利技术的实施例的图像调整之前和之后的胸部X射线图像。 图5示出根据本专利技术的实施例的在定义用于产生调整图像的最小和最大分数中所涉及的像素级比较。 图6示出根据本专利技术的实施例的在产生用于产生调整图像的增量对和增量对分数中所涉及的像素级比较。 图7A示出根据本专利技术的实施例的用于定义用于产生调整图像的矢量值的单个像素矢量。 图7B示出根据本专利技术的实施例的用于定义用于选择主矢量的矢量值的一批矢量。 图7C示出根据本专利技术的实施例的“下采样” 一其中，4个像素的块用于定义有效像素。 图8A-8E示出根据本专利技术的实施例的“跳过间隔”一其中，与质心像素比较的像素不接触质心像素，并且之间的像素被忽略。 图8F示出根据本专利技术的实施例的涉及跳过间隔、与下采样组合的比较。 图SG和8H示出根据本专利技术的实施例的可以用于定义像素最小、最大、增量对以及矢量评分的涉及下采样的另一示例比较。 图81-8J示出根据本专利技术的实施例的可以用于定义像素最小、最大、增量对以及矢量评分的像素集群组合。 图8K示出矢量的概念的一般化。该像素线可以用于进行比较。在这种情况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器实现的方法，包括：接收具有一批像素的数字图像，每个像素具有相应的值；将每个像素作为被邻近像素包围的质心像素进行处理；对于多个质心像素中的每一个执行以下操作中的至少一个：确定最小分数，确定最大分数，确定增量对分数，和确定矢量分数；基于所执行的操作来调整所述多个质心像素中的每一个的值以产生相应的调整的质心像素值；基于调整的质心像素值来产生调整的数字图像；以及输出调整的数字图像，其中，所述接收、执行、调整、产生以及输出由一个或多个机器执行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.20 US 13/425,2401.一种机器实现的方法,包括: 接收具有一批像素的数字图像，每个像素具有相应的值； 将每个像素作为被邻近像素包围的质心像素进行处理； 对于多个质心像素中的每一个执行以下操作中的至少一个: 确定最小分数， 确定最大分数， 确定增量对分数，和 确定矢量分数； 基于所执行的操作来调整所述多个质心像素中的每一个的值以产生相应的调整的质心像素值； 基于调整的质心像素值来产生调整的数字图像；以及 输出调整的数字图像， 其中，所述接收、执行、调整、产生以及输出由一个或多个机器执行。2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过检查邻近像素非相邻对的值并且对对的数量进行计数来确定每个质心像素的最小分数，对于所述对，给定的非相邻对中的每个像素的值比各质心像素的值大至少一阈值，该阈值大于或等于零。3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过检查邻近像素非相邻对的值并且对对的数量进行计数来确定每个质心像素的最大分数，对于所述对，给定的非相邻对中的每个像素的值比各质心像素的值小至少一阈值，该阈值大于或等于零。4.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将每个质心像素的值与选自由以下组成的组的至少一个进行比较来确定增量对:邻近像素以及邻近像素组，邻近像素组的值等于所述组中的像素的值的平均，并且其中，如果差大于阈值，则它们是增量对分数等于该差的增量对。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 将多个像素矢量线段(矢量)与每个质心像素相关联，其中，每个矢量在通过与该质心像素相关联的若干个邻近像素的方向上延伸，并且在该质心像素处终止； 通过计算选自由以下组成的组的至少一个来对于与特定的质心像素相关联的像素矢量确定每个矢量的分数(矢量分数): 所述矢量中的那些像素的值的平均，和 被所述矢量交叉的像素的值的加权平均，其中，每个像素的权重是选自由以下组成的组的至少一个: 所述像素离质心像素的距离的函数， 所述矢量与像素交叉的部分的长度的函数，和 所述矢量与像素交叉的部分的面积的函数； 将所述质心像素的值与其相关联的矢量的分数进行比较；以及 基于选自由以下组成的组的至少一个来调整所述质心像素的值: 其分数与所述质心像素最不同的主矢量的分数， 任一其它矢量的分数，和 矢量分数的任意组合。6.根据权利要求1所述的方法，其中，基于选自由以下组成的组的至少一个来选择与任意给定的质心像素相关联的矢量: 限于八个主要的罗经点方向； 数量上为八个，并且角度上相等地隔开，但是不限于罗经点方向； 具有除了八个之外的数量，并且角度上相等地隔开； 具有任意数量和任意角度间距； 全部为像素上相同的长度； 全部为几何上相同的长度； 具有两个或更多个像素上不同的长度； 具有两个或更多个几何上定义的不同的长度； 具有固定的宽度或者不具有宽度；和 具有变化的宽度，其中，所述宽度是离所述质心像素的距离的函数。7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定最小、最大、增量对以及矢量分数中的至少一个包括选自由以下组成的组的至少一个:跳过邻近像素的间隔、以及像素的下采样。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数字图像包括灰度图像、彩色图像、3维图像、电影或3维电影。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述质心像素值通过像素值的剩余范围的百分比来调整。10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括输出选自由以下组成的组的至少一个:二次图像、混合二次图像以及辅助分数图像。11.一种机器实现的图像处理系统，包括: 接收器模块，所述接收器模块被配置为接收具有一批像素的数字图像，每个像素具有相应的值； 分数产生模块，所述分数产生模块被配置为将每个像素作为被邻近像素包围的质心像素进行处理并且对于多个质心像素中的每一个执行以下操作中的至少一个: 确定最小分数， 确定最大分数， 确定增量对分数，和 确定矢量分数； 调整模块，所述调整模块被配置为基于所执行的操作来调整所述多个质心像素中的每一个的值以产生相应的调整的质心像素值； 图像产生模块，所述图像产生模块被配置为基于调整的质心像素值来产生调整的数字图像；以及 输出模块，所述输出模块被配置为输出调整的数字图像。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述分数产生模块进一步被配置为通过检查邻近像素非相邻对的值并且对对的数量进行计数来确定每个质心像素的最小分数，对于所述对，给定的非相邻对中的每个像素的值比各质心像素的值大至少一阈值，该阈值大于或等于零。13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述分数产生模块进一步被配置为通过检查邻近像素非相邻对的值并且对对的数量进行计数来确定每个质心像素的最大分数，对于所述对，给定的非相邻对中的每个像素的值比各质心像素的值小至少一阈值，该阈值大于或等于零。14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述分数产生模块进一步被配置为通过将每个质心像素的值与选自由以下组成的组的至少一个进行比较来确定增量对和增量对分数: 邻近像素以及邻近像素组，邻近像素组的值等于所述组中的像素的值的平均，并且其中，如果差大于阈值，则它们是增量对分数等于该差的增量对。15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述分数产生模块进一步被配置为:将多个像素矢量线段(矢量)与每个质心像素相关联，其中，每个矢量在通过与该质心像素相关联的若干个邻近像素的方向上延伸，并且在该质心像素处终止； 通过计算选自由以下组成的组的至少一个来对于与特定的质心相关联的像素矢量确定每个矢量的分数(矢量分数): 所述矢量中的那些像素的值的平均，和 被所述矢量交叉的像素的值的加权平均，其中，每个像素的权重是选自由以下组成的组的至少一个: 所述像素离质心像素的距离的函数， 所述矢量与像素交叉的部分的长度的函数，和 所述矢量与像素交叉的部分的面积的函...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·R·史密斯，J·W·史密斯，S·G·W·莫里斯，M·F·斯勒，
申请(专利权)人：保罗里德史密斯吉塔尔斯股份合作有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US